Конспект урока "производство и использование электрической энергии". Производство, передача и использование электрической энергии

Реферат

по физике

на тему «Производство, передача и использование электроэнергии»

ученицы 11 класса А

МОУ школы № 85

Екатерины.

Учитель:

2003 г.

План реферата.

Введение.

1. Производство электроэнергии.

1. типы электростанций.

2. альтернативные источники энергии.

2. Передача электроэнергии.

трансформаторы.

Введение.

Прекрасный миф о Прометее, даровавшем людям огонь, появился в Древней Греции значительно позже того, как во многих частях света были освоены методы довольно изощренного обращения с огнем, его получением и тушением, сохранением огня и рациональным использованием топлива.

На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф.

Производство электроэнергии.

Типы электростанций.

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в конце 19 века и получили преимущественное распространение. В середине 70-х годов 20 века ТЭС - основной вид электрической станций.

На тепловых электростанциях химическая энергия топлива преобразуется сначала в механическую, а затем в электрическую. Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут.

Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС).

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рисунке. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него - в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400-650 °С и под давлением 3-24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (30- 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.

Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии.

Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60-70%. Такие станции строят обычно вблизи потребителей - промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.

Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТЭС), парогазовыми (ПГЭС) и дизельными установками.

В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900 ºС поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность - до нескольких сотен МВт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки. Кпд ПГЭС может достигать 42 - 43%.

Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора.

Современные паровые турбины для ТЭС - весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обычно несколько десятков дисков с рабочими лопатками и такое же количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются.

Из курса физики известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с ростом начальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру - почти до 550 °С и давление - до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром.

Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления - пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.

По установленной мощности (в МВт) различают ГЭС мощные (св. 250), средние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды, используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата. По ряду причин (вследствие, например, сезонных изменений уровня воды в водоёмах, непостоянства нагрузки энергосистемы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а, кроме того, меняется расход при регулировании мощности ГЭС. Различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации - до 1500 м. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер.

По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые , приплотинные , деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные .

В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 м.

При более высоких напорах оказывается нецелесообразным передавать на здание ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за плотиной, примыкает к нижнему бьефу.

Другой вид компоновки приплотинная ГЭС соответствует горным условиям при сравнительно малых расходах реки.

В деривационных ГЭС концентрация падения реки создаётся посредством деривации; вода в начале используемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, значительно меньшим, чем средний уклон реки на этом участке и со спрямлением изгибов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвращается в реку, либо подводится к следующей деривационной ГЭС. Деривация выгодна тогда, когда уклон реки велик.

Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Сооружение ГАЭС обусловлено ростом потребности в пиковой мощности в крупных энергетических системах, что и определяет генераторную мощность, требующуюся для покрытия пиковых нагрузок. Способность ГАЭС аккумулировать энергию основана на том, что свободная в энергосистеме в некоторый период времени электрическая энергия используется агрегатами ГАЭС, которые, работая в режиме насоса, нагнетают воду из водохранилища в верхний аккумулирующий бассейн. В период пиков нагрузки аккумулированная энергия возвращается в энергосистему (вода из верхнего бассейна поступает в напорный трубопровод и вращает гидроагрегаты, работающие в режиме генератора тока).

ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнергия приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным характером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют провалы мощности приливных электростанций в течение суток или месяцев.

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами - их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основе 233 U, 235 U, 239 Pu). Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического, топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. Кроме того, необходимо учитывать всё увеличивающийся объём потребления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепловых электростанций. Несмотря на открытие новых месторождений органического топлива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относительному, увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира.

Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяемое в активной зоне реактора теплоносителем, вбирается водой 1-го контура, которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом. Нагретая вода из реактора поступает в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образуется пар, который затем поступает в турбину 4.

Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах:

1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя;

2) графитоводные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем;

3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя;

4) граффито - газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.

Выбор преимущественно применяемого типа реактора определяется главным образом накопленным опытом в реактороносителе, а также наличием необходимого промышленного оборудования, сырьевых запасов и т. д.

К реактору и обслуживающим его системам относятся: собственно реактор с биологической защитой, теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоносителя, трубопроводы и арматура циркуляции контура, устройства для перезагрузки ядерного горючего, системы специальной вентиляции, аварийного расхолаживания и др.

Для предохранения персонала АЭС от радиационного облучения реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, серпантиновый песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герметичным. Предусматривается система контроля мест возможной утечки теплоносителя, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружающей местности. Радиоактивный воздух и небольшое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС специальной системой вентиляции, в которой для исключения возможности загрязнения атмосферы предусмотрены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил радиационной безопасности персоналом АЭС следит служба дозиметрического контроля.

АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде. Новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС.

Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных форс-мажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. - здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора.

Альтернативные источники энергии.

Энергия солнца.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, ведь потенциальные возможности энергетики, основанной на использование непосредственного солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовления гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки.

Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Ветровая энергия.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории.

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

Энергия Земли.

Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится, нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию.

Энергия Земли пригодна не только для отопления помещений, как это происходит в Исландии, но и для получения электроэнергии. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч киловатт.

Передача электроэнергии.

Трансформаторы.

Трансформатор - очень простое устройство, которое позволяет, как повышать, так и понижать напряжение. Преобразование переменного тока осуществляется с помощью трансформаторов. Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским ученым П. Н. Яблочковым для питания изобретенных им «электрических свечей» - нового в то время источника света. Идея П. Н. Яблочкова была развита сотрудником Московского университета И. Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованные трансформаторы.

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками (рис. 1). Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в железном сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Причем мгновенное значение ЭДС индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотки согласно закону Фарадея определяется формулой:

е = - Δ Ф/ Δ t

Если Ф = Ф 0 соsωt, то

е = ω Ф 0 sin ω t , или

е = E 0 sin ω t ,

где E 0 = ω Ф 0 - амплитуда ЭДС в одном витке.

В первичной обмотке, имеющей п 1 витков, полная ЭДС индукции e 1 равна п 1 е.

Во вторичной обмотке полная ЭДС. е 2 равна п 2 е, где п 2 - число витков этой обмотки.

Отсюда следует, что

e 1 е 2 = п 1 п 2 . (1)

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

u 1 + e 1 = i 1 R 1 , где R 1 - активное сопротивление обмотки, а i 1 - сила тока в ней. Данное уравнение непосредственно вытекает из общего уравнения. Обычно активное сопротивление обмотки мало и членом i 1 R 1 можно пренебречь. Поэтому

u 1 ≈ - e 1 . (2)

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течет, и имеет место соотношение:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Так как мгновенные значения ЭДС e 1 и e 2 изменяются синфазно, то их отношение в формуле (1) можно заменить отношением действующих значений E 1 и E 2 этих ЭДС или, учитывая равенства (2) и (3), отношением действующих значений напряжений U 1 и U 2 .

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

Величина k называется коэффициентом трансформации. Если k >1, то трансформатор является понижающим, при k <1 - повышающим.

При замыкании цепи вторичной обмотки в ней течет ток. Тогда соотношение u 2 ≈ - e 2 уже не выполняется точно, и соответственно связь между U 1 и U 2 становится более сложной, чем в уравнении (4).

Согласно закону сохранения энергии, мощность в первичной цепи должна равняться мощности во вторичной цепи:

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

где I 1 и I 2 - действующие значения силы в первичной и вторичной обмотках.

Отсюда следует, что

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

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Вследствие неизбежных потерь энергии на выделение тепла в обмотках и железном сердечнике уравнения (5) и (6) выполняются приближенно. Однако в современных мощных трансформаторах суммарные потери не превышают 2-3%.

В житейской практике часто приходится иметь дело с трансформаторами. Кроме тех трансформаторов, которыми мы пользуемся волей-неволей из-за того, что промышленные приборы рассчитаны на одно напряжение, а в городской сети используется другое, - кроме них приходится иметь дело с бобинами автомобиля. Бобина - это повышающий трансформатор. Для создания искры, поджигающей рабочую смесь, требуется высокое напряжение, которое мы и получаем от аккумулятора автомобиля, предварительно превратив постоянный ток аккумулятора в переменный с помощью прерывателя. Нетрудно сообразить, что с точностью до потерь энергии, идущей на нагревание трансформатора, при повышении напряжения уменьшается сила тока, и наоборот.

Для сварочных аппаратов требуются понижающие трансформаторы. Для сварки нужны очень сильные токи, и трансформатор сварочного аппарата имеет всего лишь один выходной виток.

Вы, наверное, обращали внимание, что сердечник трансформатора изготовляют из тонких листиков стали. Это сделано для того, чтобы не терять энергии при преобразовании напряжения. В листовом материале вихревые токи будут играть меньшую роль, чем в сплошном.

Дома вы имеете дело с маленькими трансформаторами. Что же касается мощных трансформаторов, то они представляют собой огромные сооружения. В этих случаях сердечник с обмотками помещен в бак, заполненный охлаждающим маслом.

Передача электроэнергии

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливных и гидроресурсов. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на расстояния, достигающие иногда сотен километров.

Но передача электроэнергии на большие расстояния связана с заметными потерями. Дело в том, что, протекая по линиям электропередачи, ток нагревает их. В соответствии с законом Джоуля - Ленца, энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

где R - сопротивление линии. При большой длине линии передача энергии может стать вообще экономически невыгодной. Для уменьшения потерь можно, конечно, идти по пути уменьшения сопротивления R линии посредством увеличения площади поперечного сечения проводов. Но для уменьшения R, к примеру, в 100 раз нужно увеличить массу провода также в 100 раз. Ясно, что нельзя допустить такого большого расходования дорогостоящего цветного металла, не говоря уже о трудностях закрепления тяжелых проводов на высоких мачтах и т. п. Поэтому потери энергии в линии снижают другим путем: уменьшением тока в линии. Например, уменьшение тока в 10 раз уменьшает количество выделившегося в проводниках тепла в 100 раз, т. е. достигается тот же эффект, что и от стократного утяжеления провода.

Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии передачи. Причем, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Так, например, в высоковольтной линии передачи Волжская ГЭС - Москва используют напряжение в 500 кв. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16-20 кв., так как более высокое напряжение потребовало бы принятия более сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько уменьшает силу тока. Потери мощности при этом невелики.

Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. Причем обычно понижение напряжения и соответственно увеличение силы тока происходит в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится все меньше, а территория, охватываемая электрической сетью, - все шире. Схема передачи и распределения электроэнергии приведена на рисунке.

Электрические станции ряда областей страны соединены высоковольтными линиями передач, образуя общую электросеть, к которой присоединены потребители. Такое объединение называется энергосистемой. Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям не зависимо от их месторасположения.

Использование электроэнергии.

Использование электроэнергетики в различных областях науки.

Рассмотрим эти вопросы на конкретных примерах. Около 80% прироста ВВП (внутреннего валового продукта) развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Все новое в промышленность, сельское хозяйство и быт приходит к нам благодаря новым разработкам в различных отраслях науки.

Сейчас они используются во всех сферах деятельности человека: для записи и хранения информации, создания архивов, подготовки и редактирования текстов, выполнения чертежных и графических работ, автоматизации производства и сельского хозяйства. Электронизация и автоматизация производства - важнейшие последствия "второй промышленной" или "микроэлектронной" революции в экономике развитых стран. С микроэлектроникой непосредственно связано и развитие комплексной автоматизации, качественно новый этап которой начался после изобретения в 1971 году микропроцессора - микроэлектронного логического устройства, встраиваемого в различные устройства для управления их работой.

Микропроцессоры ускорили рост робототехники. Большинство применяемых ныне роботов относится к так называемому первому поколению, и применяются при сварке, резании, прессовке, нанесении покрытий и т.д. Приходящие им на смену роботы второго поколения оборудованы устройствами для распознавания окружающей среды. А роботы-"интеллектуалы" третьего поколения будут "видеть", "чувствовать", "слышать". Ученые и инженеры среди наиболее приоритетных сфер применения роботов называют атомную энергетику, освоение космического пространства, транспорта, торговлю, складское хозяйство, медицинское обслуживание, переработку отходов, освоение богатств океанического дна. Основная часть роботов работают на электрической энергии, но увеличение потребления электроэнергии роботами компенсируется снижением энергозатрат во многих энергоемких производственных процессах за счет внедрения более рациональных методов и новых энергосберегающих технологических процессов.

Но вернемся к науке. Все новые теоретические разработки после расчетов на ЭВМ проверяются экспериментально. И, как правило, на этом этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических анализов и т.д. Здесь инструменты научных исследований многообразны - многочисленные измерительные приборы, ускорители, электронные микроскопы, магниторезонансные томографы и т.д. Основная часть этих инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии.

Очень бурно развивается наука в области средств связи и коммуникаций. Спутниковая связь используется уже не только как средство международной связи, но и в быту - спутниковые антенны не редкость и в нашем городе. Новые средства связи, например волоконная техника, позволяют значительно снизить потери электроэнергии в процессе передачи сигналов на большие расстояния.

Не обошла наука и сферу управления. По мере развития НТР, расширения производственной и непроизводственной сфер деятельности человека, все более важную роль в повышении их эффективности начинает играть управление. Из своего рода искусства, еще недавно основывавшегося на опыте и интуиции, управление в наши дни превратилось в науку. Наука об управлении, об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации называется кибернетикой. Этот термин происходит от греческих слов "рулевой", "кормчий". Он встречается в трудах древнегреческих философов. Однако новое рождение его произошло фактически в 1948 году, после выхода книги американского ученого Норберта Винера "Кибернетика".

До начала "кибернетической" революции существовала только бумажная Информатика, основным средством восприятия которой оставался человеческий мозг, и которая не использовала электроэнергию. "Кибернетическая" революция породила принципиально иную - машинную информатику, соответствующую гигантски возросшим потокам информации, источником энергии для которой служит электроэнергия. Созданы совершенно новые средства получения информации, ее накопления, обработки и передачи, в совокупности образующие сложную информационную структуру. Она включает АСУ (автоматизированные системы управления), информационные банки данных, автоматизированные информационные базы, вычислительные центры, видеотерминалы, копировальные и фототелеграфные аппараты, общегосударственные информационные системы, системы спутниковой и скоростной волокнисто-оптической связи - все это неограниченно расширило сферу использования электроэнергии.

Многие ученые считают, что в данном случае речь идет о новой "информационной" цивилизации, приходящей на смену традиционной организации общества индустриального типа. Такая специализация характеризуется следующими важными признаками:

· широким распространением информационной технологии в материальном и нематериальном производстве, в области науки, образования, здравоохранения и т.д.;

· наличием широкой сети различных банков данных, в том числе общественного пользования;

· превращение информации в один из важнейших факторов экономического, национального и личного развития;

· свободной циркуляцией информации в обществе.

Такой переход от индустриального общества к "информационной цивилизации" стал возможен во многом благодаря развитию энергетики и обеспечению удобным в передаче и применении видом энергии - электрической энергией.

Электроэнергия в производстве.

Современное общество невозможно представить без электрификации производственной деятельности. Уже в конце 80-х годов более 1/3 всего потребления энергии в мире осуществлялось в виде электрической энергии. К началу следующего века эта доля может увеличиться до 1/2. Такой рост потребления электроэнергии прежде всего связан с ростом ее потребления в промышленности. Основная часть промышленных предприятий работает на электрической энергии. Высокое потребление электроэнергии характерно для таких энергоемких отраслей, как металлургия, алюминиевая и машиностроительная промышленность.

Электроэнергия в быту.

Значимости электроэнергии в нашей жизни можно посветить целую поэму, настолько она важна в нашей жизни и настолько мы привыкли к ней. Хотя мы уже и не замечаем, что она поступает к нам в дома, но когда ее отключают, становится очень не комфортно.

Цените электроэнергию!

Список используемой литературы.

1. Учебник С.В.Громова «Физика, 10 класс». Москва: Просвещение.

2. Энциклопедический словарь юного физика. Состав. В.А. Чуянов, Москва: Педагогика.

3. Эллион Л., Уилконс У.. Физика. Москва: Наука.

4. Колтун М. Мир физики. Москва.

5. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. Москва: Наука и техника.

6. Нетрадиционные источники энергии. Москва: Знание.

7. Юдасин Л.С.. Энергетика: проблемы и надежды. Москва: Просвещение.

8. Подгорный А.Н. Водородная энергетика. Москва: Наука.

БОУ Чувашской Республики СПО «АСХТ» Минобразования Чувашии

МЕТОДИЧЕСКАЯ

РАЗРАБОТКА

открытого занятия по дисциплине «Физика»

Тема: Производство, передача и потребление электрической энергии

высшей квалификационной категории

Алатырь, 2012год

РАССМОТРЕНО

на заседании методической комиссии

гуманитарных и естественнонаучных

дисциплин

Протокол № __ от «___» ______ 2012г.

Председатель_____________________

Рецензент: Ермакова Н.Е., преподаватель БОУ ЧР СПО «АСХТ», председатель ПЦК гуманитарных и естественнонаучных дисциплин

На сегодняшний день энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать. Трудно представить существование современной цивилизации без электроэнергии. Если в нашей квартире отключается свет хотя бы на несколько минут, то мы уже испытываем многочисленные неудобства. А что произойдет при отключении электроэнергии на несколько часов! Электрический ток – основной источник электроэнергии. Вот почему так важно представлять физические основы получения, передачи и использования переменного электрического тока.

Пояснительная записка
Содержание основной части
Библиографический список
Приложения.

Пояснительная записка

Цели:
- познакомить студентов с физическими основами производства, передачи и

использования электрической энергии

Способствовать формированию у студентов информационной и коммуникативной

компетентностей

Углубить познания о развитии электроэнергетики и связанных с этим экологических

проблем, воспитание чувства ответственности за сохранение окружающей среды

Обоснование выбранной темы:

Представить сегодня нашу жизнь без электрической энергии невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Немыслим без электроэнергии и наш быт. Электроэнергия была и остается главной составляющей жизни человека. Какой будет энергетика ХХІ века? Чтобы дать ответы на этот вопрос необходимо знать основные способы получения электроэнергии, изучить проблемы и перспективы современного производства электроэнергии не только в России, но и на территории Чувашии и Алатыря Данное занятие позволяет сформировать у студентов умение перерабатывать информацию и применять знания теории на практике, развивать навыки самостоятельной работы с различными источниками информации. На этом занятии раскрываются возможности формирования информационной и коммуникативной компетентностей

План занятия

по дисциплине «Физика»
Дата: 16.04.2012 г.
Группа: 11 тв
Цели:

- образовательная: - познакомить студентов с физическими основами производства,

передачи и использования электрической энергии

Способствовать формированию у студентов информационной и

коммуникативной компетентностей

Углубить познания о развитии электроэнергетики и связанных с

этим экологических проблем, воспитание чувства ответственности

за сохранение окружающей среды

- развивающая:: - формировать умений перерабатывать информацию и применять

знания теории на практике;

Развивать навыки самостоятельной работы с различными

источниками информации

Развивать познавательный интерес к предмету.
- воспитательная: - воспитывать познавательную активность студентов;

Воспитывать умение слушать и быть услышанным;

Воспитывать самостоятельность студентов в приобретении новых

знаний

- воспитывать коммуникативные качества при работе в группах
Задача: формирование ключевых компетенций при изучении производства, передачи и использования электрической энергии
Вид занятия - урок
Тип занятия - комбинированный урок
Средства обучения: учебники, справочники, раздаточный материал, мультимедийный проектор,

экран, электронная презентация

Ход занятия:

Организационный момент (проверка отсутствующих, готовности группы к уроку)
Организация целевого пространства
Проверка знаний студентов, сообщение темы и плана опроса, постановка цели

Тема: «Трансформаторы»

Действия педагога

Действия студентов

Методы проведения

Проводит фронтальную беседу, корректирует ответы студентов:

1) В чём преимущества электрической энергии перед другими видами энергии?

2) С помощью какого устройства изменяют силу переменного тока и напряжение?

3) Каково его назначение?

4) Каково устройство трансформатора?

6) Что такое коэффициент трансформации? Каким он бывает численно?

7) Какой трансформатор называют повышающим, какой понижающим?

8) Что называют мощностью трансформатора?

Предлагает решить задачу

Проводит тестирование
Предлагает студентам ключи к тесту для проведения самопроверки

Отвечают на вопросы
1. Находят правильные ответы
2. Корректируют ответы товарищей
3. Вырабатывают критерии своего поведения
4. Сравнивают и находят общее и отличное в явлениях

Анализируют решение, ищут ошибки, обосновывают ответ

Отвечают на вопросы теста
Проводят взаимопроверку тестов

Фронтальная беседа

Решение задач

Тестирование

Подведение итогов проверки основных положений изученного раздела
Сообщение темы, постановка цели, плана изучения нового материала

Тема: «Производство, передача и потребление электроэнергии»
План: 1) Производство электроэнергии:

а) Промышленная энергетика (ГЭС, ТЭС, АЭС)

б) Альтернативная энергетика (ГеоТЭС, СЭС, ВЭС, ПЭС)

2) Передача электрической энергии

3) Эффективное использование электрической энергии

4) Энергетика Чувашской Республики

Мотивация учебной деятельности студентов

Действия педагога

Действия студентов

Метод изучения

Организует целевое пространство, знакомит с планом изучения темы
Знакомит с основными способами производства электроэнергии
Предлагает студентам выделить физические основы производства электроэнергии
Предлагает заполнить обобщающую таблицу
Формирует умения перерабатывать информацию, выделять главное, анализировать, сравнивать, находить общее и отличное, делать выводы;

Осознают цели, записывают план

Слушают, осознают, анализируют

Делают доклад, слушают докладчика, осмысливают услышанное, делают выводы

Исследуют средства, обобщают, делают выводы, заполняют таблицу
Сравнивают, находят общее и отличное

Опережающая самостоятельная работа

Исследование
Доклады студентов

Закрепление нового материала

Обобщение и систематизация материала.
Проведение итогов занятия.
Задание для самостоятельной работы студентов во внеаудиторное время.

Учебник § 39-41, закончить заполнение таблицы

Тема: Производство, передача и потребление электроэнергии
Представить сегодня нашу жизнь без электрической энергии невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Немыслим без электроэнергии и наш быт. Столь широкое применение электроэнергии объясняется ее преимуществами перед другими видами энергии. Электроэнергия была и остается главной составляющей жизни человека Главные вопросы – сколько энергии нужно человечеству? Какой будет энергетика ХХІ века? Чтобы дать ответы на эти вопросы необходимо знать основные способы получения электроэнергии, изучить проблемы и перспективы современного производства электроэнергии не только в России, но и на территории Чувашии и Алатыря.

Преобразования энергии различных видов в электрическую энергию происходит на электростанциях. Рассмотрим физические основы производства электроэнергии на электростанциях.

Статистические данные о производстве электроэнергии в России, млрд кВтч

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы:

Электростанции промышленной энергетики: ГЭС, ТЭС, АЭС
Электростанции альтернативной энергетики: ПЭС, СЭС, ВЭС, ГеоТЭС

Гидроэлектростанции
Гидроэлектростанция представляет собой комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию На ГЭС электроэнергию получают, используя энергию воды, перетекающей с высшего уровня к низшему уровню и вращающей при этом турбину. Плотина – самый важный и самый дорогостоящий элемент ГЭС. Вода перетекает с верхнего бьефа в нижний бьеф по специальным трубопроводам, либо по выполненным в теле плотины каналам и приобретает большую скорость. Струя воды поступает на лопасти гидротурбины. Ротор гидротурбины приводится во вращение под действием центробежной силы струи воды. Вал турбины соединяется с валом электрического генератора, и при вращении ротора генератора механическая энергия ротора преобразуется в электрическую энергию.
Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами – их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Однако гидроэнергетика не безвредна для окружающей среды. При постройке плотины образуется водохранилище. Вода, залившая огромные площади, необратимо изменяет окружающую среду. Подъем уровня реки плотиной может вызвать заболоченность, засоленность, изменения прибрежной растительности и микроклимата. Поэтому так важно создание и использование экологически безвредных гидротехнических сооружений.
Теплоэлектростанции
Тепловая электростанция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Основными видами топлива для ТЭС являются природные ресурсы – газ, уголь, торф, горючие сланцы, мазут. Тепловые электростанции разделяются на две группы: конденсационные и теплофикационные или теплоцентрали (ТЭЦ). Конденсационные станции снабжают потребителей только электрической энергией. Их сооружают вблизи залежей местного топлива с тем, чтобы не возить его на большие расстояния. Теплоцентрали снабжают потребителей не только электрической энергией, но и теплом – водяным паром или горячей водой, поэтому ТЭЦ сооружают поблизости от приемников теплоты, в центрах промышленных районов и крупных городов для уменьшения протяженности теплофикационных сетей. Топливо транспортируют на ТЭЦ из мест его добычи. В машинном зале ТЭС установлен котел с водой. За счет тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 550°С и под давлением 25 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину, назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию. Энергия движения паровой турбины преобразуется в электрическую энергию генератором, вал которого непосредственно соединен с валом турбины. После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру около 25°С, поступает в конденсатор. Здесь пар с помощью охлаждающей воды превращается в воду, которая с помощью насоса снова подается в котел. Цикл начинается снова. ТЭС работают на органическом топливе, но это, к сожалению, невосполнимые природные ресурсы. К тому же, работа ТЭС сопровождается экологическими проблемами: при сгорании топлива происходит тепловое и химическое загрязнение среды, что оказывает губительное воздействие на живой мир водоемов и качество питьевой воды.
Атомные электростанции
Атомная электростанция (АЭС) – электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую энергию. Атомные электростанции действуют по такому же принципу, что и тепловые электростанции, но используют для парообразования энергию, получающуюся при делении тяжелых атомных ядер (урана, плутония). В активной зоне реактора протекают ядерные реакции, сопровождающиеся выделением огромной энергии. Вода, соприкасающаяся в активной зоне реактора с тепловыделяющими элементами, забирает у них тепло и передает это тепло в теплообменнике также воде, но уже не представляющей опасности радиоактивного излучения. Поскольку вода в теплообменнике превращается в пар, его называют парогенератором. Горячий пар поступает в турбину, преобразующую тепловую энергию пара в механическую энергию. Энергия движения паровой турбины преобразуется в электрическую энергию генератором, вал которого непосредственно соединен с валом турбины. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: не требуют привязки к источнику сырья и собственно могут быть размещены в любом месте, при нормальном режиме функционирования считаются экологически безопасными. Но при авариях на АЭС возникает потенциальная опасность радиационного загрязнения среды. Кроме того существенной проблемой остается утилизация радиоактивных отходов и демонтаж отслуживших свой срок АЭС.
Альтернативная энергетика - совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены, не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района. Альтернативный источник энергии - способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии - потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений.
Приливные электростанции
Использование энергии приливов началось еще в ХІ веке, когда на берегах Белого и Северного морей появились мельницы и лесопилки. Два раза в сутки уровень океана то поднимается под действием гравитационных сил Луны и Солнца, притягивающих к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13-18 метров. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены гидротурбины, которые вращают генератор. Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 метров. В приливных электростанциях двустороннего действия турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно. Приливные электростанции двустороннего действия способны вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 часов с перерывами в 1-2 часа четыре раза в сутки. Для увеличения времени работы турбин существуют более сложные схемы – с двумя, тремя и большим количеством бассейнов, однако стоимость таких проектов весьма высока. Недостаток приливных электростанций в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки. И даже они экологически не безопасны. Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым – условия жизни морской флоры и фауны. Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения.
Ветряные электростанции
Энергия ветра – это косвенная форма солнечной энергии, являющаяся следствием разности температур и давлений в атмосфере Земли. Около 2% поступающей на Землю солнечной энергии превращается в энергию ветра. Ветер – возобновляемый источник энергии. Его энергию можно использовать почти во всех районах Земли. Получение электроэнергии от ветросиловых установок является чрезвычайно привлекательной, но вместе с тем технически сложной задачей. Трудность заключается в очень большой рассеянности энергии ветра и в его непостоянстве. Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит лопасти установки, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор вырабатывает электрическую энергию, и, таким образом, энергия ветра превращается в электрический ток. Производство ВЭС очень дешево, но их мощность мала, и их работа зависит от погоды. К тому же они очень шумны, поэтому крупные установки даже приходится на ночь отключать. Помимо этого, ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения, и даже для радиоволн. Применение ВЭС вызывает локальное ослабление силы воздушных потоков, мешающее проветриванию промышленных районов и даже влияющее на климат. Наконец, для использования ВЭС, необходимы огромные площади много больше, чем для других типов электрогенераторов. И все же изолированные ВЭС с тепловыми двигателями как резерв и ВЭС, которые работают параллельно с тепло – и гидростанциями, должны занять видное место в энергоснабжении тех районов, где скорость ветра превышает 5 м/с.
Геотермальные электростанции
Геотермальная энергия – это энергия внутренних областей Земли. Извержение вулканов наглядно свидетельствует об огромном жаре внутри планеты. Ученые оценивают температуру ядра Земли в тысячи градусов Цельсия. Геотермальное тепло – это тепло, содержащееся в подземной горячей воде и водяном паре, и тепло нагретых сухих пород. Геотермальные тепловые электростанции (ГеоТЭС) преобразуют внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электрическую энергию. Источниками геотермальной энергии могут быть подземные бассейны естественных теплоносителей – горячей воды или пара. По существу, это непосредственно готовые к использованию «подземные котлы», откуда воду или пар можно добыть с помощью обычных буровых скважин. Полученный таким способом природный пар после предварительной очистки от газов, вызывающих разрушение труб, направляется в турбины, соединенные с электрогенераторами. Использование геотермальной энергии не требует больших издержек, т.к. в данном случае речь идет об уже «готовых к употреблению», созданных самой природой источниках энергии. К недостаткам ГеоТЭС относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы создают в окрестностях немалый шум и могут, к тому же, содержать отравляющие вещества. Кроме того, ГеоТЭС построить можно не везде, потому что для ее постройки необходимы геологические условия.
Солнечные электростанции
Солнечная энергия – наиболее грандиозный, дешевый, но, и, пожалуй, наименее используемый человеком источник энергии. Преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию осуществляется с помощью солнечных электростанций. Различают термодинамические СЭС, в которых солнечная энергия сначала преобразуется в тепловую, а затем в электрическую; и фотоэлектрические станции, непосредственно преобразующие солнечную энергию в электрическую энергию. Фотоэлектрические станции бесперебойно снабжают электроэнергией речные бакены, сигнальные огни, системы аварийной связи, лампы маяков и многие другие объекты, расположенные в труднодоступных местах. По мере совершенствования солнечных батарей они будут находить применение в жилых домах для автономного энергоснабжения (отопления, горячего водоснабжения, освещения и питания бытовых электроприборов). Солнечные электростанции обладают заметным преимуществом перед станциями других типов: отсутствием вредных выбросов и экологической чистотой, бесшумностью в работе, сохранением в неприкосновенности земных недр.
Передача электроэнергии на расстояние
Электроэнергия производится вблизи источников топлива или гидроресурсов, в то время как ее потребители находятся повсеместно. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Рассмотрим принципиальную схему передачи электроэнергии от генератора к потребителю. Обычно генераторы переменного тока на электростанциях вырабатывают напряжение, не превышающее 20 кВ, так как при более высоких напряжениях резко возрастает возможность электрического пробоя изоляции в обмотке и в других частях генератора. Для сохранения передаваемой мощности напряжение в ЛЭП должно быть максимальным, поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Однако напряжение в линии электропередачи ограничено: при слишком высоком напряжении между проводами возникают разряды, приводящие к потерям энергии. Для использования электроэнергии на промышленных предприятиях требуется значительное снижение напряжения, осуществляемое с помощью понижающих трансформаторов. Дальнейшее снижение напряжения до величины порядка 4 кВ необходимо для электрораспределения по местным сетям, т.е. по тем проводам, которые мы видим на окраинах наших городов. Менее мощные трансформаторы снижают напряжение до 220 В (напряжение, используемое большинством индивидуальных потребителей).

Эффективное использование электроэнергии
Электроэнергия занимает существенное место в статье расходов каждой семьи. Ее эффективное использование позволит значительно снизить издержки. Все чаще в наших квартирах «прописываются» компьютеры, посудомоечные машины, кухонные комбайны. Поэтому и плата за электроэнергию весьма значительна. Возросшее энергопотребление приводит к дополнительному потреблению невозобновляемых природных ресурсов: уголь, нефть, газ. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается углекислый газ, что приводит к пагубным климатическим изменениям. Экономия электричества позволяет сократить потребление природных ресурсов, а значит, и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Четыре ступени энергосбережения

Не забывайте выключать свет.
Использовать энергосберегающие лампочки и бытовую технику класса А.
Хорошо утеплять окна и двери.
Установить регуляторы подачи тепла (батареи с вентилем).

Энергетика Чувашии - одна из самых развитых отраслей промышленности республики, от работы которой напрямую зависит социальное, экономическое и политическое благополучие. Энергетика - это основа функционирования экономики и жизнеобеспечения республики. Работа энергетического комплекса Чувашии настолько прочно связана с повседневной жизнью каждого предприятия, учреждения, фирмы, дома, каждой квартиры и в итоге – каждого жителя нашей республики.

В самом начале XX века, когда электроэнергетика делала еще только первые практические шаги.

До 1917г. на территории современной Чувашии не было ни одной электрической станции общественного пользования. Крестьянские дома освещались лучиной.

В промышленности имелось всего 16 первичных двигателей. В Алатырском уезде электроэнергию производили и использовали на лесопильном заводе, на мукомольных предприятиях. Небольшая электростанция имелась на винокуренном заводе вблизи Марпосада. Собственную электростанцию на маслобойном заводе в г.Ядрине имели купцы Таланцевы. В Чебоксарах небольшую электростанцию имел купец Ефремов. Она обслуживала лесопильное производство и два его дома.

Как в домах, так и на улицах городов Чувашии света почти не было.

Развитие энергетики Чувашии начинается после 1917г. С 1918г. начинается строительство электростанций общественного пользования, разворачивается большая работа по созданию электроэнергетики в г.Алатырь. Первую электростанцию решили построить в то время на бывшем заводе Попова.

В Чебоксарах вопросами электрификации занимался отдел коммунального хозяйства. Его усилиями в 1918г. возобновила работу электростанция на лесопильном заводе, принадлежавшем купцу Ефремову. Электроэнергия по двум линиям поступала в государственные учреждения и на уличное освещение.

Образование Чувашской автономной области (24 июня 1920г.) создало благоприятные условия для развития энергетики. Именно в 1920г. в связи с острой нуждой областной отдел коммунального хозяйства оборудовал первую небольшую электростанцию г.Чебоксары, мощность в 12 кВт.

Мариинско-Посадская электростанция была оборудована в 1919г. Начала давать электроэнергию Марпосадская городская электростанция. Цивильская электростанция была построена в 1919г., но из-за отсутствия линий электропередач отпуск электроэнергии стал производиться только с 1923 года.

Таким образом, первые основы энергетики Чувашии закладывались в годы интервенции и гражданской войны. Создавались первые небольшие городские коммунальные электростанции общественного пользования общей мощностью около 20 кВт.

До революции 1917 года на территории Чувашии не было ни одной электрической станции общественного пользования, в домах царила лучина. При лучине или керосиновой лампе работали даже в небольших мастерских. Здесь же кустари использовали оборудование с механическим приводом. На более солидных предприятиях, где обрабатывали сельскохозяйственные и лесные продукты, варили бумагу, сбивали масло и мололи муку,

имелось 16 маломощных двигателей.

При большевиках пионером энергетики Чувашии стал г. Алатырь. В этом небольшом городке благодаря усилиям местного совнархоза появилась первая общественная электростанция.

В Чебоксарах вся электрификация в 1918 году свелась к тому, что восстановили электростанцию на конфискованном у купца Ефремова лесопильном заводе, который стал называться «Имени 25 октября». Однако ее электроэнергии хватило лишь на освещение некоторых улиц и госучреждений (по статистике в 1920 году городским чиновникам светило около 100 лампочек мощностью 20 свечей).

В 1924 году были построены еще три небольших электростанции, и, для управления увеличивающейся энергетической базой, 1 октября 1924 года было создано Чувашское объединение коммунальных электростанций – ЧОКЭС. В 1925 году Госплан республики принял план электрификации, по которому предусматривалось за 5 лет построить 8 новых электростанций – 5 городских (в Чебоксарах, Канаше, Марпосаде, Цивильске и Ядрине) и 3 сельских (в Ибресях, Вурнарах и Урмарах). Реализация этого проекта позволила электрифицировать 100 сел – в основном Чебоксарского и Цивильского районов и вдоль тракта Чебоксары – Канаш, 700 крестьянских дворов, некоторые кустарные мастерские.
За 1929-1932 годы мощности коммунальных и промышленных электростанций республики выросли почти в 10 раз; выработка электроэнергии этими электростанциями увеличилась почти в 30 раз.

В годы Великой Отечественной войны были проведены большие мероприятия по укреплению и развитию энергетической базы промышленности республики. Рост мощностей происходил главным образом за счёт роста мощностей районных, коммунальных и сельских электростанций. Энергетики Чувашии с честью выдержали тяжёлое испытание и выполнили свой патриотический долг. Они понимали, что производимая электроэнергия необходима, в первую очередь, предприятиям, выполняющим заказы с фронта.

За годы послевоенной пятилетки в Чувашской АССР построено и сдано в эксплуатацию 102 сельских электростанции, вт.ч. 69 ГЭС и 33 ТЭС. Отпуск электроэнергии сельскому хозяйству увеличился в 3 раза по сравнению с 1945 годом.
В 1953 году в Алатыре по приказу, подписанному Сталиным, было начато строительство Алатырской ТЭС. Первый турбогенератор мощностью 4 МВТ был введен в эксплуатацию в 1957 году, 2-й - в 1959 году. По прогнозам, мощности ТЭС должно было хватить до1985 г. как для города, так и района и обеспечить электроэнергией Тургеньевский Светозавод в Мордовии.

Библиографический список

Учебник С.В.Громова «Физика, 10 класс». Москва: Просвещение.
Энциклопедический словарь юного физика. Состав. В.А. Чуянов, Москва: Педагогика.
Эллион Л., Уилконс У.. Физика. Москва: Наука.
Колтун М. Мир физики. Москва.
Источники энергии. Факты, проблемы, решения. Москва: Наука и техника.
Нетрадиционные источники энергии. Москва: Знание.
Юдасин Л.С.. Энергетика: проблемы и надежды. Москва: Просвещение.
Подгорный А.Н. Водородная энергетика. Москва: Наука.

Приложение

Электростанция	Первичный источник энергии	Схема преобразования энергии	Преимущества	Недостатки






ГеоТЭС				.

Лист самоконтроля

Закончите предложение: Энергосистема - это Электрическая система электростанции Электрическая система отдельного города Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи	Энергосистема - Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи
Что является источником энергии на ГЭС? Нефть, уголь, газ Энергия ветра Энергия воды
Какие источники энергии – возобновляемые или невозобновляемые – используются в Республике Чувашия?	Невозобновляемые
Расположите в хронологическом порядке источники энергии, которые становились доступны человечеству, начиная с самых ранних: А. Электрическая тяга; Б. Атомная энергия; В. Мускульная энергия домашних животных; Г. Энергия пара.
Назовите известные вам источники энергии, использование которых приведет к уменьшению экологических последствий электроэнергетики.	ПЭС ГеоТЭС
Проверьте себя по ответам на экране и выставьте оценку: 5 верных ответов – 5 4 верных ответа – 4 3 верных ответа - 3

I Введение
II Производство и использование электроэнергии
1. Генерация электроэнергии
1.1 Генератор
2. Использование электроэнергии
III Трансформаторы
1. Назначение
2. Классификация
3. Устройство
4. Характеристики
5. Режимы
5.1 Холостой ход
5.2 Режим короткого замыкания
5.3 Нагрузочный режим
IV Передача электроэнергии
V ГОЭЛРО
1. История
2. Результаты
VI Список использованной литературы

I. Введение

Электроэнергия, один из самых важных видов энергии, играет огромную роль в современном мире. Она является стержнем экономик государств, определяя их положение на международной арене и уровень развития. Огромные суммы денег вкладываются ежегодно в развитие научных отраслей, связанных с электроэнергией.
Электроэнергия является неотъемлемой частью повседневной жизни, поэтому важно владеть информацией об особенностях её производства и использования.

II. Производство и использование электроэнергии

1. Генерация электроэнергии

Генерация электроэнергии - производство электроэнергии посредством преобразования её из других видов энергии с помощью специальных технических устройств.
Для генерации электроэнергии используют:
Электрический генератор - электрическую машину, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.
Солнечную батарею или фотоэлемент - электронный прибор, который преобразует энергию электромагнитного излучения, в основном светового диапазона, в электрическую энергию.
Химические источники тока - преобразование части химической энергии в электрическую, посредством химической реакции.
Радиоизотопные источники электроэнергии - устройства, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие её в электроэнергию.
Электроэнергия вырабатывается на электростанциях: тепловых, гидравлических, атомных, солнечных, геотермальных, ветряных и других.
Практически на всех электростанциях, имеющих промышленное значение, используется следующая схема: энергия первичного энергоносителя с помощью специального устройства преобразовывается вначале в механическую энергию вращательного движения, которая передается в специальную электрическую машину - генератор, где вырабатывается электрический ток.
Основные три вида электростанций: ТЭС, ГЭС, АЭС
Ведущую роль в электроэнергетике многих стран играют тепловые электростанции (ТЭС).
Тепловые электростанции требуют огромного количества органического топлива, запасы же его сокращаются, а стоимость постоянно возрастает из-за все усложняющихся условий добычи и дальности перевозок. Коэффициент использования топлива в них довольно низок (не более 40%), а объемы отходов, загрязняющих окружающую среду, велики.
Экономические, технико-экономические и экологические факторы не позволяют считать тепловые электростанции перспективным способом получения электроэнергии.
Гидроэнергетические установки (ГЭС) являются самыми экономичными. Их КПД достигает 93 %, а стоимость одного кВт.ч в 5 раз дешевле, чем при других способах получения электроэнергии. Они используют неисчерпаемый источник энергии, обслуживаются минимальным количеством работ¬ников, хорошо регулируются. По величине и мощности отдельных гидростанций и агрегатов наша страна занимает ведущее положение в мире.
Но темпы развития сдерживают значительные затраты и сроки строительства, обусловленные удаленностью мест строительства ГЭС от крупных городов, отсутствие дорог, трудные условия строительства, подвержены влиянию сезонности режима рек, водохранилищами затапливаются большие площади ценных приречных земель, крупные водохранилища негативно воздействуют на экологическую ситуацию, мощные ГЭС могут быть построены только в местах наличия соответствующих ресурсов.
Атомные электростанции (АЭС) работают по одному принципу с тепловыми электростанциями, т. е. происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию вращения вала турбины, которая приводит в действие генератор, где механическая энергия преобразовывается в электрическую.
Главное достоинство АЭС - небольшое количество используемого топлива (1 кг обогащенного урана заменяет 2,5 тыс. т угля), вследствие чего АЭС могут быть построены в любых энергодефицитных районах. К тому же запасы урана на Земле превышают запасы традици-онного минерального топлива, а при безаварийной работе АЭС незначительно воздействуют на окружающую среду.
Главным недостатком АЭС является возможность аварий с катастрофическими последствиями, для предотвращения которых требуются серьезные меры безопасности. Кроме того, АЭС плохо регулируются (для их полной остановки или включения требуется несколько недель), не разработаны технологии переработки радиоактивных отходов.
Атомная энергетика выросла в одну из ведущих отраслей народного хозяйства и продолжает быстро развиваться, обеспечивая безопасность и экологическую чистоту.

1.1 Генератор

Электрический генератор - это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.
Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.
Способ получения индуктированной ЭДС, при котором проводник перемещается в магнитном поле, двигаясь вверх или вниз, очень неудобен при практическом его использовании. Поэтому в генераторах применяется не прямолинейное, а вращательное движение проводника.
Основными частями всякого генератора являются: система магнитов или чаще всего электромагнитов, создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.
Генератор переменного тока - электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

При вращении рамки изменяется магнитный поток через нее, поэтому в ней индуцируется ЭДС. Так как с помощью токосъемника (колец и щеток) рамка соединена с внешней электрической цепью, то в рамке и внешней цепи возникает электрический ток.
При равномерном вращении рамки угол поворота изменяется по закону:

Магнитный поток через рамку также изменяется с течение времени, его зависимость определяется функцией:

где S − площадь рамки.
По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции, возникающая в рамке равна:

где - амплитуда ЭДС индукции.
Другая величина, которой характеризуется генератор, является сила тока, выражающаяся формулой:

где i — сила тока в любой момент времени, I m - амплитуда силы тока (максимальное по модулю значение силы тока), φ c — сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения.
Электрическое напряжение на зажимах генератора меняется по синусодальному или косинусоидальному закону:

Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока. По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них ЭДС сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода:

2. Использование электроэнергии

Электроснабжение промышленных предприятий. Промышленные предприятия потребляют 30-70% электроэнергии, вырабатываемой в составе электроэнергетической системы. Значительный разброс промышленного потребления определяется индустриальной развитостью и климатическими условиями различных стран.
Электроснабжение электрифицированного транспорта. Выпрямительные подстанции электротранспорта на постоянном токе (городской, промышленный, междугородний) и понижающие ПС междугороднего электрического транспорта на переменном токе питаются электроэнергией от электрических сетей ЭЭС.
Электроснабжение коммунально-бытовых потребителей. К данной группе ПЭ относится широкий круг зданий, расположенных в жилых районах городов и населенных пунктов. Это - жилые здания, здания административно-управленческого назначения, учебные и научные заведения, магазины, здания здравоохранения, культурно-массового назначения, общественного питания и т.п.

III. Трансформаторы

Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

Схема устройства трансформатора

1 - первичная обмотка трансформатора
2 - магнитопровод
3 - вторичная обмотка трансформатора
Ф - направление магнитного потока
U 1 - напряжение на первичной обмотке
U 2 - напряжение на вторичной обмотке

Первые трансформаторы с разомкнутым магнитопроводом предложил в 1876 г. П.Н. Яблочков, который применил их для питания электрической "свечи". В 1885 г. венгерские ученые М. Дери, О. Блати, К. Циперновский разработали однофазные промышленные трансформаторы с замкнутым магнитопроводом. В 1889-1891 гг. М.О. Доливо-Добровольский предложил трехфазный трансформатор.

1. Назначение

Трансформаторы широко применяются в различных областях:
Для передачи и распределения электрической энергии
Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.
Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В.
Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя (преобразовательные трансформаторы).
Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.
Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.
Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. (измерительные трансформаторы)

2. Классификация

Классификация трансформаторов:

По назначению: силовые общего(используются в линиях передачи и распределения электроэнергии) и специального применения (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы).
По виду охлаждения: с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением.
По числу фаз на первичной стороне: однофазные и трёхфазные.
По форме магнитопровода: стержневые, броневые, тороидальные.
По числу обмоток на фазу: двухобмоточные, трёхобмоточные, многообмоточные (более трёх обмоток).
По конструкции обмоток: с концентрическими и чередующимися (дисковыми) обмотками.

3. Устройство

Простейший трансформатор (однофазный трансформатор) представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток.

Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора
Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, по которой замыкается основной магнитный поток.
При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки.

Условное обозначение трансформатора:
а) - трансформатор со стальным сердечником, б) - трансформатор с сердечником из феррита

4. Характеристики трансформатора

Номинальная мощность трансформатора - мощность, на которую он рассчитан.
Номинальное первичное напряжение - напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора.
Номинальное вторичное напряжение - напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки.
Номинальные токи, определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.
Высшее номинальное напряжение трансформатора - наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
Низшее номинальное напряжение - наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
Среднее номинальное напряжение - номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.

5. Режимы

5.1 Холостой ход

Режимом холостого хода - режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение.

В первичной обмотке трансформатора, соединенной с источником переменного тока течёт ток, в результате чего в сердечнике появляется переменный магнитный поток Φ , пронизывающий обе обмотки. Так как Φ одинаков в обеих обмотках трансформатора, то изменение Φ приводит к появлению одинаковой ЭДС индукции в каждом витке первичной и вторичной обмоток. Мгновенное значение ЭДС индукции e в любом витке обмоток одинаково и определяется формулой:

где - амплитуда ЭДС в одном витке.
Амплитуда ЭДС индукции в первичной и вторичной обмотках будет пропорционально числу витков в соответствующей обмотке:

где N 1 и N 2 - число витков в них.
Падение напряжения на первичной обмотке, как на резисторе, очень мало, по сравнению с ε 1 , и поэтому для действующих значений напряжения в первичной U 1 и вторичной U 2 обмотках будет справедливо следующее выражение:

K - коэффициент трансформации. При K >1 трансформатор понижающий, а при K <1 - повышающий.

5.2 Режим короткого замыкания

Режимом короткого замыкания - режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (Z =0).

Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

Необходимо различать два режима короткого замыкания:

Аварийный режим - тогда, когда замкнута вторичная обмотка при номинальном первичном напряжении. При таком замыкании токи возрастают в 15¸ 20 раз. Обмотка при этом деформируется, а изоляция обугливается. Железо так же подгорает. Это тяжелый режим. Максимальная и газовая защита отключает трансформатор от сети при аварийном коротком замыкании.

Опытный режим короткого замыкания - это режим, когда вторичная обмотка накоротко замкнута, а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение, когда по обмоткам протекает номинальный ток - это U K - напряжение короткого замыкания.

В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора. При этом выраженное в процентах напряжение U K , при I 1 =I 1ном обозначают u K и называют напряжением короткого замыкания трансформатора:

где U 1ном - номинальное первичное напряжение.

Это характеристика трансформатора, указываемая в паспорте.

5.3 Нагрузочный режим

Нагрузочный режим трансформатора - режим работы трансформатора при наличии токов не менее чем в двух его основных обмотках, каждая из которых замкнута на внешнюю цепь, при этом не учитываются токи, протекающие в двух или более обмотках в режиме холостого хода:

Если к первичной обмотке трансформатора подключить напряжение U 1 , а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, в обмотках появятся токи I 1 и I 2 . Эти токи создадут магнитные потоки Φ 1 и Φ 2 , направленные навстречу друг другу. Суммарный магнитный поток в магнитопроводе уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным потоком ЭДС ε 1 и ε 2 уменьшаются. Действующее значение напряжения U 1 остается неизменным. Уменьшение ε 1 вызывает увеличение тока I 1 :

При увеличении тока I 1 поток Φ 1 увеличивается ровно настолько, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие потока Φ 2 . Вновь восстанавливается равновесие при практически прежнем значении суммарного потока.

IV. Передача электроэнергии

Передача электроэнергии от электростанции к потребителям - одна из важнейших задач энергетики.
Электроэнергия передаётся преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП) переменного тока, хотя наблюдается тенденция ко всё более широкому применению кабельных линий и линий постоянного тока.

Необходимость передачи электроэнергии на расстояние обусловлена тем, что электроэнергия вырабатывается крупными электростанциями с мощными агрегатами, а потребляется сравнительно маломощными электроприёмниками, распределёнными на значительной территории. Тенденция к концентрации генерирующих мощностей объясняется тем, что с их ростом снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии.
Размещение мощных электростанций производится с учётом целого ряда факторов, таких, например, как наличие энергоресурсов, их вид, запасы и возможности транспортировки, природные условия, возможность работы в составе единой энергосистемы и т.п. Часто такие электростанции оказываются существенно удалёнными от основных центров потребления электроэнергии. От эффективности передачи электроэнергии на расстояние зависит работа единых электроэнергетических систем, охватывающих обширные территории.
Передавать электроэнергию от мест её производства к потребителям необходимо с минимальными потерями. Главная причина этих потерь - превращение части электроэнергии во внутреннюю энергию проводов, их нагрев.

Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты Q , выделяемое за время t в проводнике сопротивлением R при прохождении тока I , равно:

Из формулы следует, что для уменьшения нагрева проводов необходимо уменьшать силу тока в них и их сопротивление. Чтобы уменьшить сопротивление проводов, увеличивают их диаметр, однако, очень толстые провода, висящие между опорами линий электропередач, могут оборваться под действием силы тяжести, особенно, при снегопаде. Кроме того, при увеличении толщины проводов растёт их стоимость, а они сделаны из относительно дорогого металла - меди. Поэтому более эффективным способом минимизации энергопотерь при передаче электроэнергии служит уменьшение силы тока в проводах.
Таким образом, чтобы уменьшить нагрев проводов при передаче электроэнергии на дальние расстояния, необходимо сделать силу тока в них как можно меньше.
Мощность тока равна произведению силы тока на напряжение:

Следовательно, для сохранения мощности, передаваемой на дальние расстояния, надо во столько же раз увеличить напряжение, во сколько была уменьшена сила тока в проводах:

Из формулы следует, что при постоянных значениях передаваемой мощности тока и сопротивления проводов потери на нагрев в проводах обратно пропорциональны квадрату напряжению в сети. Поэтому для передачи электроэнергии на расстояния в несколько сотен километров используют высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), напряжение между проводами которых составляет десятки, а иногда сотни тысяч вольт.
С помощью ЛЭП соседние электростанции объединяются в единую сеть, называемую энергосистемой. Единая энергосистема России включает в себя огромное число электростанций, управляемых из единого центра и обеспечивает бесперебойную подачу электроэнергии потребителям.

V. ГОЭЛРО

1. История

ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электрификации России) - орган, созданный 21 февраля 1920 года для разработки проекта электрификации России после Октябрьской революции 1917 года.

К работам комиссии было привлечено свыше 200 деятелей науки и техники. Возглавлял комиссию Г.М. Кржижановский. ЦК Коммунистической партии и лично В. И. Ленин повседневно направляли работу комиссии ГОЭЛРО, определяли основные принципиальные положения плана электрификации страны.

К концу 1920 комиссия проделала огромную работу и подготовила «План электрификации РСФСР» - том в 650 страниц текста с картами и схемами электрификации районов.
План ГОЭЛРО, рассчитанный на 10-15 лет, реализовал ленинские идеи электрификации всей страны и создания крупной индустрии.
В области электроэнергетического хозяйства план состоял из программы, рассчитанной на восстановление и реконструкцию довоенной электроэнергетики, строительство 30 районных электрических станций, сооружение мощных районных тепловых электростанций. Электростанции намечалось оборудовать крупными для того времени котлами и турбинами.
Одной из основных идей плана являлось широкое использование огромных гидроэнергоресурсов страны. Предусматривались коренная реконструкция на базе электрификации всех отраслей народного хозяйства страны и преимущественно рост тяжёлой промышленности, рациональное размещение промышленности по всей территории страны.
Осуществление плана ГОЭЛРО началось в трудных условиях Гражданской войны и хозяйственной разрухи.

С 1947 СССР занимал 1-е место в Европе и 2-е в мире по производству электроэнергии.

План ГОЭЛРО сыграл в жизни нашей страны огромную роль: без него не удалось бы вывести СССР в столь короткие сроки в число самых развитых в промышленном отношении стран мира. Реализация этого плана сформировала всю отечественную экономику и до сих пор в значительной мере ее определяет.

Составление и выполнение плана ГОЭЛРО стали возможным и исключительно благодаря сочетанию многих объективных и субъективных факторов: немалого промышленно-экономического потенциала дореволюционной России, высокого уровня российской научно-технической школы, сосредоточения в одних руках всей экономической и политической власти, ее силы и воли, а также традиционного соборно-общинного менталитета народа и его послушно-доверительного отношения к верховным правителям.
План ГОЭЛРО и его реализация доказали высокую эффективность системы государственного планирования в условиях жестко централизованной власти и предопределили развитие этой системы на долгие десятилетия.

2. Результаты

К концу 1935 программа электростроительства была в несколько раз перевыполнена.

Вместо 30 было построено 40 районных электростанций, на которых вместе с другими крупными промышленными станциями было введено 6914 тыс. кВт мощностей (из них районных 4540 тыс. кВт - почти в три раза больше, чем по плану ГОЭЛРО).
В 1935 г. среди районных электростанций было 13 электроцентралей по 100 тыс. кВт.

До революции мощность самой крупной электростанции России (1-й Московской) составляла всего 75 тыс. кВт; не было ни одной крупной ГЭС. К началу 1935 г. общая установленная мощность гидроэлектростанций достигла почти 700 тыс. кВт.
Были построены крупнейшая в то время в мире Днепровская ГЭС, Свирская 3-я, Волховская и др. В высшей точке своего развития Единая энергосистема СССР по многим показателям превосходила энергосистемы развитых стран Европы и Америки.

Электричество было практически неизвестно в деревнях до революции. Большие землевладельцы устанавливали небольшие электростанции, но число их было мало.

Электроэнергия стала применяться в сельском хозяйстве: в мельницах, кормовых резцах, зерноочистительных машинах, на лесопилках; в промышленности, а позже - в быту.

Список использованной литературы

Веников В. А., Дальние электропередачи, М.- Л., 1960;
Совалов С. А., Режимы электропередач 400-500 кв. ЕЭС, М., 1967;
Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник / Л.А. Бессонов. — 10-е изд. — М. : Гардарики, 2002.
Электротехника: Учебно-методический комплекс. /И. М. Коголь, Г. П. Дубовицкий, В. Н. Бородянко, В. С. Гун, Н. В. Клиначёв, В. В. Крымский, А. Я. Эргард, В. А. Яковлев; Под редакцией Н. В. Клиначёва. — Челябинск, 2006-2008.
Электрические системы, т. 3 - Передача энергии переменным и постоянным током высокого напряжения, М., 1972.

Извините, ничего не найдено.

Главная > Реферат

Реферат

по физике

на тему «Производство, передача и использование электроэнергии»

ученицы 11 класса А

МОУ школы № 85

Екатерины.

Учитель:

2003 г.

План реферата.

Введение. 1. Производство электроэнергии.

типы электростанций. альтернативные источники энергии. 2. Передача электроэнергии.

трансформаторы. 3. Использование электроэнергии.

Введение.

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

Производство электроэнергии.

Типы электростанций.

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатываю-щая электрическую энергию в результате пре-образования тепловой энергии, выделяю-щейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в конце 19 века и получили преимущественное распространение. В середине 70-х годов 20 века ТЭС - основной вид элек-трической станций. На тепловых электростанциях химическая энергия топлива преобразуется сначала в механическую, а затем в электрическую. Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические стан-ции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектро-централи (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электро-станций (ГРЭС). Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рисунке. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него - в дробильную установку 2, где превраща-ется в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых цир-кулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насы-щенный пар доводится до температуры 400-650 °С и под дав-лением 3-24 МПа поступает по паропроводу в паровую турби-ну 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов. Тепловые конденсацион-ные электростанции име-ют невысокий кпд (30- 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значи-тельном расстоянии от стан-ции. Теплоэлектроцентраль отли-чается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и исполь-зуется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэра-тор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприя-тий в тепловой энергии. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60-70%. Такие станции строят обычно вблизи потребителей - про-мышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе. Значительно меньшее распространение полу-чили тепловые станции с газотурбинными (ГТЭС), парогазовыми (ПГЭС) и дизельными установками. В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с темпера-турой 750-900 ºС поступают в газо-вую турбину, вращающую электрогене-ратор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность - до нескольких со-тен МВт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки. Кпд ПГЭС может достигать 42 - 43%.Наиболее экономичными яв-ляются крупные тепловые паро-турбинные электростанции (сокра-щенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в ка-честве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот грам-мов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кине-тическая энергия струй пара пере-дается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора. Современные паровые турбины для ТЭС - весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обыч-но несколько десятков дисков с рабочими лопат-ками и такое же количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются. Из курса физики из-вестно, что КПД тепловых двига-телей увеличивается с ростом на-чальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру - почти до 550 °С и давление - до 25 МПа. Коэффи-циент полезного действия ТЭС дости-гает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отрабо-танным паром. Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гид-ротехнических сооружений, обеспечи-вающих необходимую концентрацию по-тока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию. Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и дери-вацией совместно. Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления - пульт оператора-диспетчера или автооператор гидро-электростанции. Повышающая транс-форматорная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зда-ниях или на открытых площадках. Рас-пределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтаж-ная площадка для сборки и ремонта раз-личного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС. По установленной мощности (в МВт) различают ГЭС мощные (св. 250), сред-ние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды, используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата. По ряду причин (вследствие, например, сезонных изменений уровня воды в во-доёмах, непостоянства нагрузки энерго-системы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а, кроме того, меняется расход при регули-ровании мощности ГЭС. Различают го-дичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС. По максимально используемому напо-ру ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко пре-вышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью дерива-ции - до 1500 м. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет при-близительный, условный характер. По схеме использования водных ре-сурсов и концентрации напоров ГЭС обыч-но подразделяют на русловые , приплотинные , деривационные с напорной и без-напорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные . В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе-регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 м. При более высоких напорах оказывает-ся нецелесообразным передавать на зда-ние ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за пло-тиной, примыкает к нижнему бьефу. Другой вид компоновки приплотинная ГЭС соответствует горным усло-виям при сравнительно малых рас-ходах реки. В деривационных ГЭС кон-центрация падения реки создаётся по-средством деривации; вода в начале ис-пользуемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, зна-чительно меньшим, чем средний уклон реки на этом участке и со спрямлением изги-бов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвраща-ется в реку, либо подводится к следующей де-ривационной ГЭС. Деривация выгодна тогда, когда уклон реки велик. Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Сооружение ГАЭС обусловлено ростом потребности в пиковой мощности в крупных энергетических системах, что и определяет генераторную мощность, тре-бующуюся для покрытия пиковых на-грузок. Способность ГАЭС аккумулиро-вать энергию основана на том, что сво-бодная в энергосистеме в некоторый пе-риод времени электрическая энергия используется агрегатами ГАЭС, которые, работая в ре-жиме насоса, нагнетают воду из водохра-нилища в верхний аккумулирующий бас-сейн. В период пиков нагрузки аккуму-лированная энергия возвращается в энергосистему (вода из верхнего бассей-на поступает в напорный трубопровод и вращает гидроагрегаты, работающие в режиме генератора тока). ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнер-гия приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным ха-рактером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют про-валы мощности приливных электростан-ций в течение суток или месяцев. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами - их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низ-кую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооруже-нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 кВт установлен-ной мощности и продолжительные сроки строи-тельства, придавалось и придаётся боль-шое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств. Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядер-ная) энергия преобразуется в элект-рическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделя-ется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обыч-ных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отли-чие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горю-чем (в основе 233 U, 235 U, 239 Pu). Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического, топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворе-ния быстро растущих потребностей в топ-ливе. Кроме того, необходимо учиты-вать всё увеличивающийся объём потреб-ления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепло-вых электростанций. Несмотря на откры-тие новых месторождений органического топ-лива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относительному, увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира. Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяемое в активной зоне реактора теплоносителем, вбирается водой 1-го контура, которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом. Нагретая вода из реактора поступает в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образуется пар, который затем поступает в турбину 4.
Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах: 1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графитоводные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя; 4) граффито - газовые с газовым теплоноси-телем и графитовым замедлителем. Выбор преимущественно применяемого типа реактора определяется главным образом на-копленным опытом в реактороносителе, а также наличием необходимого промышленного оборудования, сырьевых запасов и т. д. К реактору и обслуживающим его си-стемам относятся: собственно реактор с биологической защитой, теплообменни-ки, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоноси-теля, трубопроводы и арматура циркуляции контура, устройства для перезагруз-ки ядерного горючего, системы специальной вентиляции, аварийного расхолаживания и др. Для предохранения персонала АЭС от радиационного облучения реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, серпантиновый песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герме-тичным. Предусматривается система конт-роля мест возможной утечки теплоноси-теля, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружаю-щей местности. Радиоактивный воздух и не-большое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС специальной системой вентиляции, в которой для исключения возможно-сти загрязнения атмосферы предусмот-рены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил ра-диационной безопасности персоналом АЭС сле-дит служба дозиметрического контроля. Наличие биологической защиты, систем специальной вентиляции и аварийного расхо-лаживания и службы дозиметрического контро-ля позволяет полностью обезопасить обслуживающий персонал АЭС от вред-ных воздействий радиоактивного облу-чения. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде. Новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных форс-мажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. - здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора.

Альтернативные источники энергии.

Энергия солнца. В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, ведь потенциальные возможности энергетики, основанной на использование непосредственного солнечного излучения, чрезвычайно велики. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жид-костью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной кол-лектором, жидкость поступает для непосредственного использова-ния. Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение пот-ребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовления гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными луча-ми, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они прове-дут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы. Ветровая энергия. Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории. Но в наши дни двигатели, использующие ветер, покрыва-ют всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Потому к созданию конструкций ветроколеса-сердца любой ветроэнергетической установки привлекаются специалисты-са-молетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный про-филь лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усили-ями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок. Энергия Земли. Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унес-ших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощ-ность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится, нет пока у лю-дей возможностей обуздать эту непокорную стихию.Энергия Земли пригодна не только для отопления помещений, как это происходит в Исландии, но и для получения электроэнергии. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло. Пос-тепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величи-ны-360 тысяч киловатт.

Передача электроэнергии.

Трансформаторы.

Вы приобрели холодильник ЗИЛ. Продавец вас предупредил, что холодильник рассчитан на напряжение в сети 220 В. А у вас в доме сетевое напряжение 127 В. Безвыходное положение? Ничуть. Просто придется сделать дополнительную затрату и приобрести трансформатор.Трансформатор - очень простое устройство, которое позволяет, как повышать, так и понижать напряжение. Преобразование переменного тока осуществляется с помощью трансформаторов. Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским ученым П. Н. Яблочковым для питания изобре-тенных им «электрических свечей» - нового в то время источника света. Идея П. Н. Яблочкова была развита сотрудником Москов-ского университета И. Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованные трансформаторы.Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочны-ми обмотками (рис. 1). Одна из обмоток, называемая первич-ной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторич-ной.

Рис.1 Рис.2

Схема устройства трансформатора с двумя обмотками при-ведена на рисунке 2, а принятое для него условное обозначе-ние - на рис. 3.

Действие трансформатора основано на явлении электромаг-нитной индукции. При прохождении переменного тока по первич-ной обмотке в железном сердечнике появляется переменный маг-нитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Причем мгновенное значение ЭДС индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотки согласно закону Фарадея определяется формулой:

е = - Δ Ф/ Δ t

Если Ф = Ф 0 соsωt, то е = ω Ф 0 sin ω t , или е = E 0 sin ω t , где E 0 = ω Ф 0 - амплитуда ЭДС в одном витке.В первичной обмотке, имеющей п 1 витков, полная ЭДС индук-ции e 1 равна п 1 е. Во вторичной обмотке полная ЭДС. е 2 равна п 2 е, где п 2 - чис-ло витков этой обмотки.

Отсюда следует, что

e 1 е 2 = п 1 п 2 . (1) Сумма напряжения u 1 , приложенного к первичной обмотке, и ЭДС e 1 должна равняться падению напряжения в первичной обмотке: u 1 + e 1 = i 1 R 1 , где R 1 - активное сопротивление обмотки, а i 1 - сила тока в ней. Данное уравнение непосредственно вытекает из общего урав-нения. Обычно активное сопротивле-ние обмотки мало и членом i 1 R 1 можно пре-небречь. Поэтому u 1 ≈ - e 1 . (2)При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течет, и имеет место соотношение:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Так как мгновенные значения ЭДС e 1 и e 2 изменяются синфазно, то их отношение в формуле (1) можно заменить отношением дей-ствующих значений E 1 и E 2 этих ЭДС или, учитывая равенства (2) и (3), отношением действующих значений напряжений U 1 и U 2 .

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

Величина k называется коэффициентом трансформации. Ес-ли k >1, то трансформатор является понижающим, при k <1 - повышающим.При замыкании цепи вторичной обмотки в ней течет ток. Тогда соотношение u 2 ≈ - e 2 уже не выполняется точно, и соответ-ственно связь между U 1 и U 2 становится более сложной, чем в уравнении (4).Согласно закону сохранения энергии, мощность в первичной цепи должна равняться мощности во вторичной цепи: U 1 I 1 = U 2 I 2, (5)где I 1 и I 2 - действующие значения силы в первичной и вто-ричной обмотках.

Отсюда следует, что

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

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора на-пряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем си-лу тока (и наоборот).

Вследствие неизбежных потерь энергии на выделение тепла в обмотках и железном сердечнике уравнения (5) и (6) вы-полняются приближенно. Однако в современных мощных транс-форматорах суммарные потери не превышают 2-3%.

Передача электроэнергии

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производит-ся же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливных и гидроресурсов. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на расстояния, достигающие иногда сотен километров.

Q=I 2 Rtгде R - сопротивление линии. При большой длине линии переда-ча энергии может стать вообще экономически невыгодной. Для уменьшения потерь можно, конечно, идти по пути уменьшения сопротивления R линии посредством увеличения площади попе-речного сечения проводов. Но для уменьшения R, к примеру, в 100 раз нужно увеличить массу провода также в 100 раз. Ясно, что нельзя допустить такого большого расходования дорогостоя-щего цветного металла, не говоря уже о трудностях закрепления тяжелых проводов на высоких мачтах и т. п. Поэтому потери энергии в линии снижают другим путем: уменьшением тока в ли-нии. Например, уменьшение тока в 10 раз уменьшает количество выделившегося в проводниках тепла в 100 раз, т. е. достигается тот же эффект, что и от стократного утяжеления провода.

Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии передачи. Причем, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высо-кое напряжение. Так, например, в высоковольтной линии переда-чи Волжская ГЭС - Москва используют напряжение в 500 кв. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16-20 кв., так как бо-лее высокое напряжение потребовало бы принятия более слож-ных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в ли-нии во столько же раз, во сколько уменьшает силу тока. Потери мощности при этом невелики.

Для непосредственного использования электроэнергии в дви-гателях электропривода станков, в осветительной сети и для дру-гих целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это до-стигается с помощью понижающих трансформаторов. Причем обычно понижение напряжения и соответственно увеличение силы тока происходит в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится все меньше, а территория, охватываемая электрической сетью, - все шире. Схема передачи и распределения электроэнергии приведена на рисунке.

Использование электроэнергии.

Использование электроэнергетики в различных областях науки.

ХХ век стал веком, когда наука вторгается во все сферы жизни общества: экономику, политику, культуру, образование и т.д. Естественно, что наука непосредственно влияет на развитие энергетики и сферу применения электроэнергии. С одной стороны наука способствует расширению сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление, но с другой стороны в эпоху, когда неограниченное использование невозобновляемых энергетических ресурсов несет опасность для будущих поколений, актуальными задачами науки становятся задачи разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь. Рассмотрим эти вопросы на конкретных примерах. Около 80% прироста ВВП (внутреннего валового продукта) развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Все новое в промышленность, сельское хозяйство и быт приходит к нам благодаря новым разработкам в различных отраслях науки. Большая часть научных разработок начинается с теоретических расчетов. Но если в ХIХ веке эти расчеты производились с помощью пера и бумаги, то в век НТР (научно-технической революции) все теоретические расчеты, отбор и анализ научных данных и даже лингвистический разбор литературных произведений делаются с помощью ЭВМ (электронно-вычислительных машин), которые работают на электрической энергии, наиболее удобной для передачи ее на расстояние и использования. Но если первоначально ЭВМ использовались для научных расчетов, то теперь из науки компьютеры пришли в жизнь. Сейчас они используются во всех сферах деятельности человека: для записи и хранения информации, создания архивов, подготовки и редактирования текстов, выполнения чертежных и графических работ, автоматизации производства и сельского хозяйства. Электронизация и автоматизация производства - важнейшие последствия "второй промышленной" или "микроэлектронной" революции в экономике развитых стран. С микроэлектроникой непосредственно связано и развитие комплексной автоматизации, качественно новый этап которой начался после изобретения в 1971 году микропроцессора - микроэлектронного логического устройства, встраиваемого в различные устройства для управления их работой. Микропроцессоры ускорили рост робототехники. Большинство применяемых ныне роботов относится к так называемому первому поколению, и применяются при сварке, резании, прессовке, нанесении покрытий и т.д. Приходящие им на смену роботы второго поколения оборудованы устройствами для распознавания окружающей среды. А роботы-"интеллектуалы" третьего поколения будут "видеть", "чувствовать", "слышать". Ученые и инженеры среди наиболее приоритетных сфер применения роботов называют атомную энергетику, освоение космического пространства, транспорта, торговлю, складское хозяйство, медицинское обслуживание, переработку отходов, освоение богатств океанического дна. Основная часть роботов работают на электрической энергии, но увеличение потребления электроэнергии роботами компенсируется снижением энергозатрат во многих энергоемких производственных процессах за счет внедрения более рациональных методов и новых энергосберегающих технологических процессов. Но вернемся к науке. Все новые теоретические разработки после расчетов на ЭВМ проверяются экспериментально. И, как правило, на этом этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических анализов и т.д. Здесь инструменты научных исследований многообразны - многочисленные измерительные приборы, ускорители, электронные микроскопы, магниторезонансные томографы и т.д. Основная часть этих инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии. Очень бурно развивается наука в области средств связи и коммуникаций. Спутниковая связь используется уже не только как средство международной связи, но и в быту - спутниковые антенны не редкость и в нашем городе. Новые средства связи, например волоконная техника, позволяют значительно снизить потери электроэнергии в процессе передачи сигналов на большие расстояния. Не обошла наука и сферу управления. По мере развития НТР, расширения производственной и непроизводственной сфер деятельности человека, все более важную роль в повышении их эффективности начинает играть управление. Из своего рода искусства, еще недавно основывавшегося на опыте и интуиции, управление в наши дни превратилось в науку. Наука об управлении, об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации называется кибернетикой. Этот термин происходит от греческих слов "рулевой", "кормчий". Он встречается в трудах древнегреческих философов. Однако новое рождение его произошло фактически в 1948 году, после выхода книги американского ученого Норберта Винера "Кибернетика". До начала "кибернетической" революции существовала только бумажная Информатика, основным средством восприятия которой оставался человеческий мозг, и которая не использовала электроэнергию. "Кибернетическая" революция породила принципиально иную - машинную информатику, соответствующую гигантски возросшим потокам информации, источником энергии для которой служит электроэнергия. Созданы совершенно новые средства получения информации, ее накопления, обработки и передачи, в совокупности образующие сложную информационную структуру. Она включает АСУ (автоматизированные системы управления), информационные банки данных, автоматизированные информационные базы, вычислительные центры, видеотерминалы, копировальные и фототелеграфные аппараты, общегосударственные информационные системы, системы спутниковой и скоростной волокнисто-оптической связи - все это неограниченно расширило сферу использования электроэнергии. Многие ученые считают, что в данном случае речь идет о новой "информационной" цивилизации, приходящей на смену традиционной организации общества индустриального типа. Такая специализация характеризуется следующими важными признаками:

широким распространением информационной технологии в материальном и нематериальном производстве, в области науки, образования, здравоохранения и т.д.; наличием широкой сети различных банков данных, в том числе общественного пользования; превращение информации в один из важнейших факторов экономического, национального и личного развития; свободной циркуляцией информации в обществе. Такой переход от индустриального общества к "информационной цивилизации" стал возможен во многом благодаря развитию энергетики и обеспечению удобным в передаче и применении видом энергии - электрической энергией.

Электроэнергия в производстве.

Электроэнергия в быту.

Электроэнергия в быту неотъемлемый помощник. Каждый день мы имеем с ней дело, и, наверное, уже не представляем свою жизнь без нее. Вспомните, когда последний раз вам отключали свет, то есть в ваш дом не поступала электроэнергия, вспомните, как вы ругались, что ничего не успеваете и вам нужен свет, вам нужен телевизор, чайник и куча других электроприборов. Ведь если нас обесточить навсегда, то мы просто вернемся в те давние времена, когда еду готовили на костре и жили в холодных вигвамах. Значимости электроэнергии в нашей жизни можно посветить целую поэму, настолько она важна в нашей жизни и настолько мы привыкли к ней. Хотя мы уже и не замечаем, что она поступает к нам в дома, но когда ее отключают, становится очень не комфортно. Цените электроэнергию!

Список используемой литературы.

Учебник С.В.Громова «Физика, 10 класс». Москва: Просвещение. Энциклопедический словарь юного физика. Состав. В.А. Чуянов, Москва: Педагогика. Эллион Л., Уилконс У.. Физика. Москва: Наука. Колтун М. Мир физики. Москва. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. Москва: Наука и техника. Нетрадиционные источники энергии. Москва: Знание. Юдасин Л.С.. Энергетика: проблемы и надежды. Москва: Просвещение. Подгорный А.Н. Водородная энергетика. Москва: Наука. Реферат

Одной из крупнейших проблем, решенных в рассматриваемый нами период, было получение и использование электроэнергии - новой энергетической основы промышленности и транспорта.

Реферат

История электрического освещения началась в 1870 году с изобретения лампы накаливания, в которой свет вырабатывался в результате поступления электрического тока.

Реферат

В середине XIX века история науки и техники подошла к критическому периоду, когда главные усилия ведущих ученых и изобретателей – электротехников многих стран сосредоточились на одном направлении: создании более удобных источников света.

Документ

Среди самых интересных и загадочных явлений природы детская одаренность занимает одно из ведущих мест. Проблемы ее диагностики и развития волнуют педагогов на протяжении многих столетий.

Сангаджиева Любовь Батовна, учитель физики, высшая квалификационная категория. Москва 2011 рабочая программа

Рабочая программа

Данная рабочая программа по физике для 10- 11класса составлена на основе федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования по физике (2004 г.