Конспект уроку "виробництво та використання електричної енергії". Виробництво, передача та використання електричної енергії

Реферат

по фізиці

на тему «Виробництво, передача та використання електроенергії»

учениці 11 класу А

МОУ школи №85

Катерини.

Вчитель:

2003 р.

План реферату

Вступ.

1. Виробництво електроенергії.

1. типи електростанцій.

2. альтернативні джерела енергії

2. Передача електроенергії.

• Трансформатори.

3.

Вступ.

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

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

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

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

Виробництво електроенергії.

Типи електростанцій.

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

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

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

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

Теплові конденсаційні електростанції мають низький ккд (30- 40%), оскільки більшість енергії втрачається з відхідними топковими газами та охолоджувальною водою конденсатора. Споруджувати КЕС вигідно в безпосередній близькості від місць видобутку палива. При цьому споживачі електроенергії можуть бути на значній відстані від станції.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Найчастіше на АЕС застосовують 4 типи реакторів на теплових нейтронах:

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

2) графітоводні з водяним теплоносієм та графітовим сповільнювачем;

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

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

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

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

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

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

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

Альтернативні джерелаенергії.

Енергія сонця.

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

Найпростіший колектор сонячного випромінювання є зачорнений металевий (як правило, алюмінієвий) лист, усередині якого розташовуються труби з циркулюючою в ній рідиною. Нагріта з допомогою сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина надходить безпосереднього використання.

Сонячна енергетика відноситься до найбільш матеріаломістких видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії тягне у себе гігантське збільшення потреби у матеріалах, отже, й у трудових ресурсах для видобутку сировини, його збагачення, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, інший апаратури, їх перевезення.

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

Вітрова енергія.

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

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

Енергія Землі.

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

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

Передача електроенергії.

Трансформатори

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

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

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

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

е = -Δ Ф/Δ t

Якщо Ф= Ф 0 соsωt, то

е = ω Ф 0sinω t, або

е =E 0 sinω t ,

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

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

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

Звідси слідує що

e 1 е 2 = п 1 п 2. (1)

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

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

u 1 ≈ - e 1. (2)

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

u 2 ≈ - e 2 . (3)

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

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

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

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

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

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

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

Звідси слідує що

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

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

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

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

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

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

Вдома ви маєте справу із маленькими трансформаторами. Що ж до потужних трансформаторів, то вони є величезними спорудами. У цих випадках сердечник з обмотками поміщений у бак, заповнений охолодною олією.

Передача електроенергії

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

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

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

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

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

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

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

Використання електроенергії.

Використання електроенергетики у різних галузях науки.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

· Вільною циркуляцією інформації у суспільстві.

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

Електроенергія у виробництві.

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

Електроенергія у побуті.

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

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

Цінуйте електроенергію!

Список використаної літератури.

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

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

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

4. Колтун М. Світ фізики. Москва.

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

6. Нетрадиційні джерела енергії. Москва: Знання.

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

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

БОУ Чуваської Республіки СПО «АСГТ» Міносвіти Чувашії

МЕТОДИЧНА

РОЗРОБКА

відкритого заняття з дисципліни «Фізика»

Тема: Виробництво, передача та споживання електричної енергії

вищої кваліфікаційної категорії

Алатир, 2012 рік

РОЗГЛЯДНО

на засіданні методичної комісії

гуманітарних та природничих

дисциплін

Протокол №__ від «___» ______ 2012р.

Голова_____________________

Рецензент: Єрмакова Н.Є., викладач БОУ ЧР СПО «АСХТ», голова ПЦК гуманітарних та природничих дисциплін

На сьогоднішній день енергія залишається головною складовою життя людини. Вона дає можливість створювати різні матеріали, є одним із головних факторів при розробці нових технологій. Простіше кажучи, без освоєння різних видів енергії людина не здатна повноцінно існувати. Важко уявити існування сучасної цивілізації без електроенергії. Якщо в нашій квартирі відключається світло хоча б на кілька хвилин, то ми вже відчуваємо численні незручності. А що станеться у разі відключення електроенергії на кілька годин! Електричний струм – основне джерело електроенергії. Ось чому так важливо представляти фізичні основи отримання, передачі та використання змінного електричного струму.

1. 
   Пояснювальна записка
2. 
   Зміст основної частини
3. 
   бібліографічний список
4. 
   Програми.

Пояснювальна записка

Цілі:
- познайомити студентів з фізичними основами виробництва, передачі та

використання електричної енергії

Сприяти формуванню у студентів інформаційної та комунікативної

компетентностей

Поглибити пізнання про розвиток електроенергетики та пов'язаних з цим екологічних

проблем, виховання почуття відповідальності за збереження довкілля

Обґрунтування обраної теми:

Уявити сьогодні наше життя без електричної енергії неможливо. Електроенергетика вторглася у всі сфери діяльності: промисловість і сільське господарство, науку і космос. Немислимий без електроенергії і наш побут. Електроенергія була і залишається головною складовою життя людини. Якою буде енергетика ХХІ сторіччя? Щоб дати відповіді на це питання необхідно знати основні способи отримання електроенергії, вивчити проблеми та перспективи сучасного виробництва електроенергії не тільки в Росії, але й на території Чувашії та Алатира. самостійної роботи з різними джерелами інформації. На цьому занятті розкриваються можливості формування інформаційної та комунікативної компетентностей

План заняття

з дисципліни «Фізика»
Дата: 16.04.2012 р.
Група: 11 тв
Цілі:

- освітня: - познайомити студентів із фізичними основами виробництва,

передачі та використання електричної енергії

Сприяти формуванню у студентів інформаційної та

комунікативної компетентності

Поглибити пізнання про розвиток електроенергетики та пов'язаних з

цим екологічних проблем, виховання почуття відповідальності

за збереження навколишнього середовища

- розвиваюча: - формувати умінь переробляти інформацію та застосовувати

знання теорії на практиці;

Розвивати навички самостійної роботи з різними

джерелами інформації

Розвивати пізнавальний інтерес до предмета.
- Виховна: - виховувати пізнавальну активність студентів;

Виховувати вміння слухати та бути почутим;

Виховувати самостійність студентів у придбанні нових

знань

- виховувати комунікативні якості під час роботи у групах
Завдання:формування ключових компетенцій щодо виробництва, передачі та використання електричної енергії
Вид заняття- урок
Тип заняття- комбінований урок
Засоби навчання:підручники, довідники, роздатковий матеріал, мультимедійний проектор,

екран, електронна презентація

Хід заняття:

1. 
   Організаційний момент (перевірка відсутніх, готовність групи до уроку)
2. 
   Організація цільового простору
3. 
   Перевірка знань студентів, повідомлення теми та плану опитування, постановка мети

Тема: "Трансформатори"

Дії педагога	Дії студентів	Методи проведення
Проводить фронтальну бесіду, корегує відповіді студентів: 1) У чому переваги електричної енергії перед іншими видами енергії? 2) За допомогою якого пристрою змінюють силу змінного струму та напругу? 3) Яким є його призначення? 4) Яким є пристрій трансформатора? 6) Що таке коефіцієнт трансформації? Яким він чисельно буває? 7) Який трансформатор називають підвищуючим, який знижуючим? 8) Що називають потужністю трансформатора? Пропонує вирішити задачу Проводить тестування Пропонує студентам ключі до тесту для проведення самоперевірки	Відповідають на запитання Знаходять правильні відповіді Коригують відповіді товаришів Виробляють критерії своєї поведінки Порівнюють і знаходять спільне та відмінне в явищах Аналізують рішення, шукають помилки, обґрунтовують відповідь Відповідають на запитання тесту Проводять взаємоперевірку тестів	Фронтальна бесіда Розв'язання задач Тестування

1. 
   Підбиття підсумків перевірки основних положень вивченого розділу
2. 
   Повідомлення теми, постановка мети, план вивчення нового матеріалу

Тема: «Виробництво, передача та споживання електроенергії»
План: 1) Виробництво електроенергії:

а) Промислова енергетика (ГЕС, ТЕС, АЕС)

б) Альтернативна енергетика (ГеоТЕС, СЕС, ВЕС, ПЕМ)

2) Передача електричної енергії

3) Ефективне використання електричної енергії

4) Енергетика Чуваської Республіки

1. 
   Мотивація навчальної діяльності студентів

Дії педагога	Дії студентів	Метод вивчення
Організує цільовий простір, знайомить із планом вивчення теми Знайомить із основними способами виробництва електроенергії Пропонує студентам виділити фізичні основи виробництва електроенергії. Пропонує заповнити узагальнюючу таблицю Формує вміння переробляти інформацію, виділяти головне, аналізувати, порівнювати, знаходити загальне та відмінне, робити висновки;	Усвідомлюють цілі, записують план Слухають, усвідомлюють, аналізують Роблять доповідь, слухають доповідача, осмислюють почуте, роблять висновки Досліджують засоби, узагальнюють, роблять висновки, заповнюють таблицю Порівнюють, знаходять спільне та відмінне	Випереджальна самостійна робота Дослідження Доповіді студентів

1. 
   Закріплення нового матеріалу

1. 
   Узагальнення та систематизація матеріалу.
2. 
   Проведення підсумків заняття.
3. 
   Завдання для самостійної роботи студентів у позааудиторний час.

• 
  Підручник § 39-41, закінчити заповнення таблиці

Тема: Виробництво, передача та споживання електроенергії
Уявити сьогодні наше життя без електричної енергії неможливо. Електроенергетика вторглася у всі сфери діяльності: промисловість і сільське господарство, науку і космос. Немислимий без електроенергії і наш побут. Таке широке застосування електроенергії пояснюється її перевагами над іншими видами енергії. Електроенергія була і залишається головною складовою життя людини. Головні питання – скільки енергії потрібно людству? Якою буде енергетика ХХІ сторіччя? Щоб дати відповіді на ці питання необхідно знати основні способи одержання електроенергії, вивчити проблеми та перспективи сучасного виробництва електроенергії не тільки в Росії, а й на території Чувашії та Алатира.

Перетворення енергії різних видів на електричну енергію відбувається на електростанціях. Розглянемо фізичні засади виробництва електроенергії на електростанціях.

Статистичні дані про виробництво електроенергії в Росії, млрд кВтч

Залежно від виду перетворюваної енергії електростанції можуть бути поділені на такі основні типи:

• 
  Електростанції промислової енергетики: ГЕС, ТЕС, АЕС
• 
  Електростанції альтернативної енергетики: ПЕМ, СЕС, ВЕС, ГеоТЕС

Гідроелектростанції
Гідроелектростанція являє собою комплекс споруд та обладнання, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється на електричну енергію. На ГЕС електроенергію отримують, використовуючи енергію води, що перетікає з вищого рівня до нижчого рівня і обертає при цьому турбіну. Гребля – найважливіший і найдорожчий елемент ГЕС. Вода перетікає з верхнього б'єфу в нижній б'єф спеціальними трубопроводами, або по виконаних в тілі греблі каналах і набуває великої швидкості. Струмінь води надходить на лопаті гідротурбіни. Ротор гідротурбіни приводиться у обертання під дією відцентрової сили струменя води. Вал турбіни з'єднується з валом електричного генератора, і при обертанні ротора генератора механічна енергія ротора перетворюється на електричну енергію.
Найважливіша особливість гідроенергетичних ресурсів у порівнянні з паливно-енергетичними ресурсами – їхня безперервна відновлюваність. Відсутність потреби в паливі для ГЕС визначає низьку собівартість електроенергії, що виробляється на ГЕС. Однак гідроенергетика не є нешкідливою для навколишнього середовища. Під час будівництва греблі утворюється водосховище. Вода, що залила величезні площі, незворотно змінює довкілля. Підйом рівня річки греблею може спричинити заболоченість, засоленість, зміни прибережної рослинності та мікроклімату. Тому так важливо створення та використання екологічно нешкідливих гідротехнічних споруд.
Теплоелектростанції
Теплова електростанція (ТЕС) – електростанція, що виробляє електричну енергію внаслідок перетворення теплової енергії, що виділяється при спалюванні органічного палива. Основними видами палива ТЕС є природні ресурси – газ, вугілля, торф, горючі сланці, мазут. Теплові електростанції поділяються на дві групи: конденсаційні та теплофікаційні або теплоцентралі (ТЕЦ). Конденсаційні станції забезпечують споживачів лише електричною енергією. Їх споруджують поблизу покладів місцевого палива для того, щоб не возити його на великі відстані. Теплоцентралі забезпечують споживачів не тільки електричною енергією, а й теплом – водяною парою або гарячою водою, тому ТЕЦ споруджують поблизу приймачів теплоти, в центрах промислових районів та великих міст для зменшення протяжності теплофікаційних мереж. Паливо транспортують на ТЕЦ із місць його видобутку. У машинному залі ТЕС встановлено котел із водою. За рахунок тепла, що утворюється в результаті спалювання палива, вода в паровому котлі нагрівається, випаровується, а насичена пара, що утворилася, доводиться до температури 550°С і під тиском 25 МПа надходить по паропроводу в парову турбіну, призначення якої перетворювати теплову енергію пари в механічну енергію. Енергія руху парової турбіни перетворюється на електричну енергію генератором, вал якого безпосередньо з'єднаний з валом турбіни. Після парової турбіни водяна пара, маючи вже низький тиск і температуру близько 25°С, надходить у конденсатор. Тут пара за допомогою води, що охолоджує, перетворюється на воду, яка за допомогою насоса знову подається в котел. Цикл починається знову. ТЕС працюють на органічному паливі, але це, на жаль, непоправні природні ресурси. До того ж, робота ТЕС супроводжується екологічними проблемами: при згорянні палива відбувається теплове та хімічне забруднення середовища, що згубно впливає на живий світ водойм та якість питної води.
Атомні електростанції
Атомна електростанція (АЕС) – електростанція, у якій атомна (ядерна) енергія перетворюється на електричну енергію. Атомні електростанції діють за таким же принципом, що і теплові електростанції, але використовують для пароутворення енергію, що виходить при розподілі важких атомних ядер (урану, плутонію). В активній зоні реактора протікають ядерні реакції, що супроводжуються виділенням величезної енергії. Вода, що стикається в активній зоні реактора з тепловиділяючими елементами, забирає в них тепло і передає це тепло в теплообміннику також воді, але не становить небезпеки радіоактивного випромінювання. Оскільки вода в теплообміннику перетворюється на пару, її називають парогенератором. Гаряча пара надходить у турбіну, що перетворює теплову енергію пари на механічну енергію. Енергія руху парової турбіни перетворюється на електричну енергію генератором, вал якого безпосередньо з'єднаний з валом турбіни. АЕС, що є найсучаснішим видом електростанцій, мають ряд істотних переваг перед іншими видами електростанцій: не вимагають прив'язки до джерела сировини і власне можуть бути розміщені в будь-якому місці, за нормального режиму функціонування вважаються екологічно безпечними. Але за аварії на АЕС виникає потенційна небезпека радіаційного забруднення середовища. Крім того, істотною проблемою залишається утилізація радіоактивних відходів і демонтаж АЕС, що відслужили свій термін.
Альтернативна енергетика - сукупність перспективних способів отримання енергії, які поширені, негаразд широко, як традиційні, проте цікаві через вигідність їх використання при низькому ризику заподіяння шкоди екології району. Альтернативне джерело енергії - спосіб, пристрій або споруда, що дозволяє отримувати електричну енергію (або інший необхідний вид енергії) та замінює собою традиційні джерела енергії, що функціонують на нафті, що видобувається природному газі та вугіллі. Мета пошуку альтернативних джерел енергії – потреба отримувати її з енергії відновлюваних або практично невичерпних природних ресурсів та явищ.
Приливні електростанції
Використання енергії припливів почалося ще у ХІ столітті, коли на берегах Білого та Північного морів з'явилися млини та тартак. Двічі на добу рівень океану піднімається під дією гравітаційних сил Місяця і Сонця, що притягують до себе маси води. Вдалині від берега коливання рівня води не перевищують 1 м, але біля самого берега вони можуть досягати 13-18 метрів. Для влаштування найпростішої приливної електростанції (ПЕМ) потрібен басейн – перекрита греблею затока або гирло річки. У греблі є водопропускні отвори та встановлені гідротурбіни, що обертають генератор. Вважається економічно доцільним будівництво припливних електростанцій у районах із приливними коливаннями рівня моря не менше 4 метрів. У приливних електростанціях двосторонньої дії турбіни працюють під час руху води з моря в басейн і назад. Приливні електростанції двосторонньої дії здатні виробляти електроенергію безперервно протягом 4-5 годин із перервами в 1-2 години чотири рази на добу. Для збільшення часу роботи турбін існують складніші схеми – з двома, трьома та великою кількістю басейнів, проте вартість таких проектів дуже висока. Нестача приливних електростанцій у тому, що вони будуються тільки на березі морів і океанів, до того ж вони розвивають невелику потужність, та й припливи бувають лише двічі на добу. І навіть вони екологічно безпечні. Вони порушують нормальний обмін солоної та прісної води і тим самим – умови життя морської флори та фауни. Впливають вони і на клімат, оскільки змінюють енергетичний потенціал морських вод, їхню швидкість та територію переміщення.
Вітряні електростанції
Енергія вітру - це непряма форма сонячної енергії, що є наслідком різниці температур та тиску в атмосфері Землі. Близько 2% сонячної енергії, що надходить на Землю, перетворюється на енергію вітру. Вітер – відновлюване джерело енергії. Його енергію можна використати майже у всіх районах Землі. Отримання електроенергії від ветросилових установок є надзвичайно привабливим, але водночас технічно складним завданням. Труднощі полягає в дуже великій розсіяності енергії вітру і його непостійності. Принцип дії вітряних електростанцій простий: вітер крутить лопаті установки, рухаючи вал електрогенератора. Генератор виробляє електричну енергію, і, таким чином, енергія вітру перетворюється на електричний струм. Виробництво ВЕС дуже дешеве, але їхня потужність мала, і їхня робота залежить від погоди. До того ж вони дуже галасливі, тому великі установки навіть доводиться на ніч відключати. Крім цього, вітряні електростанції створюють перешкоди для повітряного сполучення, і навіть для радіохвиль. Застосування ВЕС викликає локальне ослаблення сили повітряних потоків, що заважає провітрюванню промислових районів і впливає на клімат. Нарешті, використання ВЕС, необхідні величезні площі набагато більше, ніж інших типів електрогенераторів. І все ж ізольовані ВЕС з тепловими двигунами як резерв та ВЕС, які працюють паралельно з тепло – та гідростанціями, мають зайняти чільне місце в енергопостачанні тих районів, де швидкість вітру перевищує 5 м/с.
Геотермальні електростанції
Геотермальна енергія – це енергія внутрішніх областей Землі. Виверження вулканів наочно свідчить про величезний жар всередині планети. Вчені оцінюють температуру ядра Землі у тисячі градусів за Цельсієм. Геотермальне тепло – це тепло, що міститься в підземній гарячій воді та водяній парі, та тепло нагрітих сухих порід. Геотермальні теплові електростанції (ГеоТЕС) перетворюють внутрішнє тепло Землі (енергію гарячих пароводяних джерел) на електричну енергію. Джерелами геотермальної енергії може бути підземні басейни природних теплоносіїв – гарячої води чи пари. По суті це безпосередньо готові до використання «підземні котли», звідки воду або пару можна видобути за допомогою звичайних свердловин. Отримана таким способом природна пара після попереднього очищення від газів, що викликають руйнування труб, прямує в турбіни, з'єднані з електрогенераторами. Використання геотермальної енергії вимагає великих витрат, т.к. у разі йдеться про вже «готових до споживання», створених самої природою джерелах енергії. До недоліків ГеоТЕС належить можливість локального осідання ґрунтів та пробудження сейсмічної активності. А гази, що виходять з-під землі, створюють на околицях чималий шум і можуть, до того ж, утримувати отруйні речовини. Крім того, ГеоТЕС побудувати можна не скрізь, тому що для її побудови необхідні геологічні умови.
Сонячні електростанції
Сонячна енергія - найбільш грандіозне, дешеве, але, і, мабуть, найменш використовуване людиною джерело енергії. Перетворення енергії сонячного випромінювання на електричну енергію здійснюється за допомогою сонячних електростанцій. Розрізняють термодинамічні СЕС, у яких сонячна енергія спочатку перетворюється на теплову, а потім на електричну; та фотоелектричні станції, що безпосередньо перетворюють сонячну енергію на електричну енергію. Фотоелектричні станції безперебійно постачають електроенергією річкові бакени, сигнальні вогні, системи аварійного зв'язку, лампи маяків та багато інших об'єктів, розташованих у важкодоступних місцях. У міру вдосконалення сонячних батарей вони будуть застосовуватися в житлових будинках для автономного енергопостачання (опалення, гарячого водопостачання, освітлення та живлення побутових електроприладів). Сонячні електростанції мають помітну перевагу перед станціями інших типів: відсутністю шкідливих викидів та екологічною чистотою, безшумністю в роботі, збереженням у недоторканності земних надр.
Передача електроенергії на відстань
Електроенергія виробляється поблизу джерел палива чи гідроресурсів, тоді як її споживачі перебувають повсюдно. Тому виникає необхідність передачі електроенергії на великі відстані. Розглянемо важливу схему передачі електроенергії від генератора до споживача. Зазвичай генератори змінного струму на електростанціях виробляють напругу, що не перевищує 20 кВ, так як при більш високих напругах різко зростає можливість електричного пробою ізоляції в обмотці та інших частинах генератора. Для збереження потужності, що передається, напруга в ЛЕП має бути максимальною, тому на великих електростанціях ставлять підвищуючі трансформатори. Однак напруга в лінії електропередачі обмежена: за надто високої напруги між проводами виникають розряди, що призводять до втрат енергії. Для використання електроенергії на промислових підприємствах потрібно значне зниження напруги, що здійснюється за допомогою трансформаторів, що знижують. Подальше зниження напруги до величини близько 4 кВ необхідне електророзподілу по місцевих мереж, тобто. по тих дротах, які ми бачимо на околицях наших міст. Менш потужні трансформатори знижують напругу до 220 (напруга, використовувана більшістю індивідуальних споживачів).

Ефективне використання електроенергії
Електроенергія займає значне місце у статті витрат кожної сім'ї. Її ефективне використання дозволить значно знизити витрати. Все частіше у наших квартирах «прописуються» комп'ютери, посудомийні машини, кухонні комбайни. Тому й плата за електроенергію дуже значна. Збільшене енергоспоживання призводить до додаткового споживання природних ресурсів, що не відновлюються: вугілля, нафта, газ. При спалюванні палива в атмосферу викидається вуглекислий газ, що призводить до згубних кліматичних змін. Економія електрики дозволяє скоротити споживання природних ресурсів, а отже, і знизити викиди шкідливих речовин в атмосферу.

Чотири щаблі енергозбереження

• 
  Не забувайте вимикати світло.
• 
  Використовувати енергозберігаючі лампочки та побутову техніку класу А.
• 
  Добре утеплювати вікна та двері.
• 
  Встановіть регулятори подачі тепла (батареї з вентилем).

Енергетика Чувашії - одна з найрозвиненіших галузей промисловості республіки, від роботи якої безпосередньо залежить соціальне, економічне та політичне благополуччя. Енергетика - це основа функціонування економіки та життєзабезпечення республіки. Робота енергетичного комплексу Чувашії настільки міцно пов'язана з повсякденним життям кожного підприємства, установи, фірми, будинку, кожної квартири та у результаті кожного мешканця нашої республіки.

На самому початку XX століття, коли електроенергетика робила ще перші практичні кроки.

До 1917р. на території сучасної Чувашії був жодної електричної станції громадського користування. Селянські будинки освітлювалися лучиною.

У промисловості було лише 16 первинних двигунів. В Алатирському повіті електроенергію виробляли та використовували на лісопильному заводі, на борошномельних підприємствах. Невелика електростанція була на винокурному заводі поблизу Марпосаду. Власну електростанцію на маслобійному заводі в Ядрині мали купці Таланцеви. У Чебоксарах невелику електростанцію мав купець Єфремов. Вона обслуговувала лісопильне виробництво та два його будинки.

Як у будинках, так і на вулицях міст Чувашії світла майже не було.

Розвиток енергетики Чувашії починається після 1917р. З 1918р. починається будівництво електростанцій громадського користування, розгортається велика робота зі створення електроенергетики у м.Алатир. Першу електростанцію вирішили звести на той час на колишньому заводі Попова.

У Чебоксарах питаннями електрифікації займався відділ комунального господарства. Його зусиллями 1918г. відновила роботу електростанція на лісопильному заводі, який належав купцю Єфремову. Електроенергія по двох лініях надходила до державних установ та на вуличне освітлення.

Освіта Чуваської автономної області (24 червня 1920 р.) створило сприятливі умови у розвиток енергетики. Саме 1920г. у зв'язку з гострою потребою обласний відділ комунального господарства обладнав першу невелику електростанцію м. Чебоксари, потужність 12 кВт.

Маріїнсько-посадська електростанція була обладнана в 1919р. Почала давати електроенергію Марпосадська міська електростанція. Цивільська електростанція була побудована в 1919 р., але через відсутність ліній електропередач відпустка електроенергії стала проводитися лише з 1923 року.

Таким чином, перші основи енергетики Чувашії закладалися у роки інтервенції та громадянської війни. Створювалися перші невеликі міські комунальні електростанції громадського користування загальною потужністю близько 20 кВт.

До революції 1917 року на території Чувашії не було жодної електричної станції громадського користування, в будинках панувала скіпка. При лучині або гасовій лампі працювали навіть у невеликих майстернях. Тут же чагарники використовували обладнання з механічним приводом. На більш солідних підприємствах, де обробляли сільськогосподарські та лісові продукти, варили папір, збивали олію та мололи борошно,

було 16 малопотужних двигунів.

За більшовиків піонером енергетики Чувашії став м. Алатир. У цьому маленькому містечку завдяки зусиллям місцевого раднаргоспу з'явилася перша громадська електростанція.

У Чебоксарах вся електрифікація у 1918 році звелася до того, що відновили електростанцію на конфіскованому у купця Єфремова лісопильному заводі, який називався «Імені 25 жовтня». Проте її електроенергії вистачило лише на освітлення деяких вулиць та держустанов (за статистикою у 1920 році міським чиновникам світило близько 100 лампочок потужністю 20 свічок).

У 1924 році були побудовані ще три невеликі електростанції, і, для управління енергетичною базою, що збільшується, 1 жовтня 1924 року було створено Чуваське об'єднання комунальних електростанцій - ЧОКЕС. У 1925 році Держплан республіки прийняв план електрифікації, за яким передбачалося за 5 років побудувати 8 нових електростанцій – 5 міських (у Чебоксарах, Канаші, Марпосаді, Цивільську та Ядрині) та 3 сільських (в Ібресях, Вурнарах та Урмарах). Реалізація цього проекту дозволила електрифікувати 100 сіл – переважно Чебоксарського та Цивільського районів та вздовж тракту Чебоксари – Канаш, 700 селянських дворів, деякі кустарні майстерні.
За 1929-1932 роки потужності комунальних та промислових електростанцій республіки зросли майже у 10 разів; Вироблення електроенергії цими електростанціями збільшилося майже в 30 разів.

У роки Великої Вітчизняної війни було проведено великі заходи щодо зміцнення та розвитку енергетичної бази промисловості республіки. Зростання потужностей відбувалося головним чином рахунок зростання потужностей районних, комунальних і сільських електростанцій. Енергетики Чувашії з честю витримали тяжке випробування та виконали свій патріотичний обов'язок. Вони розуміли, що електроенергія, що виробляється, необхідна, в першу чергу, підприємствам, що виконують замовлення з фронту.

За роки повоєнної п'ятирічки в Чуваській АРСР побудовано та здано в експлуатацію 102 сільські електростанції, в т.ч. 69 ГЕС та 33 ТЕС. Відпустка електроенергії сільському господарству збільшився втричі проти 1945 роком.
У 1953 році в Алатирі за наказом, підписаним Сталіним, розпочато будівництво Алатирської ТЕС. Перший турбогенератор потужністю 4 МВТ був введений в експлуатацію у 1957 році, 2-й – у 1959 році. За прогнозами, потужності ТЕС мало вистачити до 1985 р. як міста, і району та забезпечити електроенергією Тургеніївський Світлозавод у Мордовії.

бібліографічний список

1. 
   Підручник С.В.Громова "Фізика, 10 клас". Москва: Просвітництво.
2. 
   Енциклопедичний словник молодого фізика. склад. В.А. Чуянов, Москва: Педагогіка.
3. 
   Елліон Л., Вілконс У.. Фізика. Москва: Наука.
4. 
   Колтун М. Світ фізики. Москва.
5. 
   Джерела енергії. Факти, проблеми, розв'язання. Москва: Наука та техніка.
6. 
   Нетрадиційні джерела енергії. Москва: Знання.
7. 
   Юдасін Л.С.. Енергетика: проблеми та надії. Москва: Просвітництво.
8. 
   Підгірний О.М. Воднева енергетика. Москва: Наука.

додаток

	Електростанція	Первинне джерело енергії	Схема перетворення енергії	Переваги	Недоліки
	ГеоТЕС				.

Лист самоконтролю

Закінчіть пропозицію: Енергосистема – це Електрична система електростанції Електрична система окремого міста Електрична система районів країни, з'єднана високовольтними лініями електропередачі	Енергосистема - Електрична система районів країни, з'єднана високовольтними лініями електропередачі
Що джерелом енергії на ГЕС? Нафта, вугілля, газ Енергія вітру Енергія води
Які джерела енергії – відновлювані чи невідновлювані – використовуються в Республіці Чувашія?	Невідновлювані
Розташуйте в хронологічному порядку джерела енергії, які ставали доступні людству, починаючи з ранніх: А. Електрична тяга; Б. Атомна енергія; В. М'язова енергія свійських тварин; Г. Енергія пара.
Назвіть відомі джерела енергії, використання яких призведе до зменшення екологічних наслідків електроенергетики.	ПЕМ ГеоТЕС
Перевірте себе за відповідями на екрані та виставте оцінку: 5 вірних відповідей – 5 4 вірні відповіді – 4 3 вірні відповіді - 3

I Вступ
II Виробництво та використання електроенергії
1. Генерація електроенергії
1.1 Генератор
2. Використання електроенергії
III Трансформатори
1. Призначення
2. Класифікація
3. Пристрій
4. Характеристики
5. Режими
5.1 Холостий хід
5.2 Режим короткого замикання
5.3 Навантажувальний режим
IV Передача електроенергії
V ГОЕЛРО
1. Історія
2. Результати
VI Список використаної літератури

I. Вступ

Електроенергія, один з найважливіших видів енергії, грає величезну роль у сучасному світі. Вона є стрижнем економік країн, визначаючи їхнє становище на міжнародній арені та рівень розвитку. Величезні суми грошей вкладаються щорічно у розвиток наукових галузей, пов'язаних із електроенергією.
Електроенергія є невід'ємною частиною повсякденного життя, тому важливо володіти інформацією про особливості її виробництва та використання.

ІІ. Виробництво та використання електроенергії

1. Генерація електроенергії

Генерація електроенергії - виробництво електроенергії у вигляді перетворення її з інших видів енергії з допомогою спеціальних технічних пристроїв.
Для генерації електроенергії використовують:
Електричний генератор - електричну машину, у якій механічна робота перетворюється на електричну енергію.
Сонячну батарею або фотоелемент - електронний прилад, який перетворює енергію електромагнітного випромінювання, переважно світлового діапазону, в електричну енергію.
Хімічні джерела струму - перетворення частини хімічної енергії на електричну, за допомогою хімічної реакції.
Радіоізотопні джерела електроенергії - пристрої, що використовують енергію, що виділяється при радіоактивному розпаді, для нагрівання теплоносія або перетворюють її на електроенергію.
Електроенергія виробляється на електростанціях: теплових, гідравлічних, атомних, сонячних, геотермальних, вітряних та інших.
Практично на всіх електростанціях, що мають промислове значення, використовується наступна схема: енергія первинного енергоносія за допомогою спеціального пристрою перетворюється спочатку на механічну енергію обертального руху, що передається в спеціальну електричну машину - генератор, де виробляється електричний струм.
Основні три види електростанцій: ТЕС, ГЕС, АЕС
Провідну роль електроенергетиці багатьох країн грають теплові електростанції (ТЭС).
Теплові електростанції вимагають величезної кількості органічного палива, запаси його скорочуються, а вартість постійно зростає через все ускладнюються умов видобутку і дальності перевезень. Коефіцієнт використання палива у них досить низький (трохи більше 40%), а обсяги відходів, забруднюючих довкілля, великі.
Економічні, техніко-економічні та екологічні фактори не дозволяють вважати теплові електростанції перспективним способом отримання електроенергії.
Гідроенергетичні установки (ГЕС) є найекономічнішими. Їх ККД досягає 93%, а вартість одного кВт.год в 5 разів дешевше, ніж за інших способів отримання електроенергії. Вони використовують невичерпне джерело енергії, обслуговуються мінімальною кількістю працівників, добре регулюються. За величиною та потужністю окремих гідростанцій та агрегатів наша країна займає провідне становище у світі.
Але темпи розвитку стримують значні витрати та терміни будівництва, зумовлені віддаленістю місць будівництва ГЕС від великих міст, відсутність доріг, важкі умови будівництва, схильні до впливу сезонності режиму річок, водосховищами затоплюються великі площі цінних прирічних земель, великі водосховища негативно впливають на екологічну ситуацію, потужні ГЕС можуть бути побудовані лише у місцях наявності відповідних ресурсів.
Атомні електростанції (АЕС) працюють за одним принципом з тепловими електростанціями, тобто відбувається перетворення теплової енергії пари в механічну енергію обертання валу турбіни, що приводить у дію генератор, де механічна енергія перетворюється на електричну.
Головна перевага АЕС - невелика кількість палива (1 кг збагаченого урану замінює 2,5 тис. т вугілля), внаслідок чого АЕС можуть бути побудовані в будь-яких енергодефіцитних районах. До того ж запаси урану на Землі перевищують запаси традиційного мінерального палива, а за безаварійної роботи АЕС незначно впливають на навколишнє середовище.
Головним недоліком АЕС є можливість аварій із катастрофічними наслідками, для запобігання яких потрібні серйозні заходи безпеки. Крім того, АЕС погано регулюються (для їх повної зупинки або включення потрібно кілька тижнів), не розроблено технології переробки радіоактивних відходів.
Атомна енергетика виросла в одну з провідних галузей народного господарства та продовжує швидко розвиватися, забезпечуючи безпеку та екологічну чистоту.

1.1 Генератор

Електричний генератор - це пристрій, у якому неелектричні види енергії (механічна, хімічна, теплова) перетворюються на електричну енергію.
Принцип дії генератора ґрунтується на явищі електромагнітної індукції, Коли у провіднику, що рухається в магнітному полі і перетинає його магнітні силові лінії, індукується ЕРС Отже, такий провідник може нами розглядатися як джерело електричної енергії.
Спосіб отримання індуктованої ЕРС, при якому провідник переміщається в магнітному полі, рухаючись вгору або вниз, дуже незручний при практичному використанні. Тому в генераторах застосовується не прямолінійний, а обертальний рух провідника.
Основними частинами будь-якого генератора є: система магнітів або найчастіше електромагнітів, що створюють магнітне поле, та система провідників, що перетинають це магнітне поле.
Генератор змінного струму - електрична машина, що перетворює механічну енергію на електричну енергію змінного струму. Більшість генераторів змінного струму використовують магнітне поле, що обертається.

При обертанні рамки змінюється магнітний потік через неї, у ній індукується ЭРС. Так як за допомогою струмознімача (кілець і щіток) рамка з'єднана із зовнішнім електричним ланцюгом, то в рамці та зовнішньому ланцюгу виникає електричний струм.
При рівномірному обертанні рамки кут повороту змінюється за законом:

Магнітний потік через рамку також змінюється з часом, його залежність визначається функцією:

де S− площа рамки.
За законом електромагнітної індукції Фарадея ЕРС індукції, що у рамці дорівнює:

де – амплітуда ЕРС індукції.
Інша величина, якою характеризується генератор, є сила струму, що виражається формулою:

де i- Сила струму в будь-який момент часу, I m- амплітуда сили струму (максимальне за модулем значення сили струму), φ c- Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги.
Електрична напруга на затискачах генератора змінюється за синусодальним або косинусоїдальним законом:

Майже всі генератори, встановлені на електростанціях, є генераторами трифазного струму. По суті, кожен такий генератор є з'єднанням в одній електричній машині трьох генераторів змінного струму, сконструйованих таким чином, що індуковані в них ЕРС зрушені один щодо одного на одну третину періоду:

2. Використання електроенергії

Електропостачання промислових підприємств. Промислові підприємства споживають 30-70% електроенергії, що виробляється у складі електроенергетичної системи. Значний розкид промислового споживання визначається індустріальною розвиненістю та кліматичними умовами різних країн.
Електропостачання електрифікованого транспорту. Випрямні підстанції електротранспорту на постійному струмі (міський, промисловий, міжміський) та знижуючі ПС міжміського електричного транспорту на змінному струмі живляться електроенергією від електричних мереж ЕЕС.
Електропостачання комунально-побутових споживачів. До цієї групи ПЕ відноситься широке коло будівель, розташованих у житлових районах міст та населених пунктів. Це – житлові будинки, будівлі адміністративно-управлінського призначення, навчальні та наукові заклади, магазини, будинки охорони здоров'я, культурно-масового призначення, громадського харчування тощо.

ІІІ. Трансформатори

Трансформатор - статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше індуктивно-пов'язаних обмоток і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї (первинної) системи змінного струму в іншу (вторинну) систему змінного струму.

Схема пристрою трансформатора

1 - первинна обмотка трансформатора
2 - магнітопровід
3 - вторинна обмотка трансформатора
Ф- Напрямок магнітного потоку
U 1- напруга на первинній обмотці
U 2- напруга на вторинній обмотці

Перші трансформатори з розімкненим магнітопроводом запропонував у 1876 р. П.М. Яблучків, який застосував їх для живлення електричної свічки. У 1885 р. угорські вчені М. Дері, О. Блаті, К. Циперновський розробили однофазні промислові трансформатори із замкненим магнітопроводом. У 1889-1891 рр. М.О. Доліво-Добровольський запропонував трифазний трансформатор.

1. Призначення

Трансформатори широко застосовують у різних областях:
Для передачі та розподілу електричної енергії
Зазвичай на електростанціях генератори змінного струму виробляють електричну енергію при напрузі 6-24 кВ, а передавати електроенергію на далекі відстані вигідно при значно більших напругах (110, 220, 330, 400, 500, 750 кВ). Тому кожної електростанції встановлюють трансформатори, здійснюють підвищення напруги.
Розподіл електричної енергії між промисловими підприємствами, населеними пунктами, у містах та сільських місцевостях, а також усередині промислових підприємств провадиться по повітряних та кабельних лініях, при напрузі 220, 110, 35, 20, 10 та 6 кВ. Отже, у всіх розподільних вузлах повинні бути встановлені трансформатори, що знижують напругу до 220, 380 і 660 В.
Для забезпечення потрібної схеми включення вентилів у перетворювальних пристроях та узгодження напруги на виході та вході перетворювача (перетворювальні трансформатори).
Для різних технологічних цілей: зварювання (зварювальні трансформатори), живлення електротермічних установок (електропічні трансформатори) та ін.
Для живлення різних ланцюгів радіоапаратури, електронної апаратури, пристроїв зв'язку та автоматики, електропобутових приладів, для поділу електричних ланцюгів різних елементів зазначених пристроїв, для узгодження напруги та ін.
Для включення електровимірювальних приладів та деяких апаратів (реле та ін.) в електричні ланцюги високої напруги або в ланцюги, по яких проходять великі струми, з метою розширення меж вимірювання та забезпечення електробезпеки. (Вимірювальні трансформатори)

2. Класифікація

Класифікація трансформаторів:

• За призначенням: силові загального (використовуються в лініях передачі та розподілу електроенергії) та спеціального застосування (пічні, випрямлювальні, зварювальні, радіотрансформатори).
• По виду охолодження: з повітряним (сухі трансформатори) та масляним (масляні трансформатори) охолодженням.
• За кількістю фаз на первинній стороні: однофазні та трифазні.
• За формою магнітопроводу: стрижневі, броньові, тороїдальні.
• За кількістю обмоток на фазу: двообмотувальні, триобмотувальні, багатообмотувальні (більше трьох обмоток).
• По конструкції обмоток: з концентричними і обмотками, що чергуються (дисковими).

3. Пристрій

Найпростіший трансформатор (однофазний трансформатор) є пристроєм, що складається із сталевого сердечника і двох обмоток.

Принцип влаштування однофазного двообмотувального трансформатора
Магнітопровід є магнітною системою трансформатора, за якою замикається основний магнітний потік.
При подачі в первинну обмотку змінної напруги у вторинній обмотці індукується ЕРС тієї ж частоти. Якщо до вторинної обмотки підключити деякий електроприймач, то в ній виникає електричний струм і на вторинних затискачах трансформатора встановлюється напруга, яка дещо менша, ніж ЕРС і деякою відносно малою мірою залежить від навантаження.

Умовне позначення трансформатора:
а) - трансформатор із сталевим сердечником, б) - трансформатор із сердечником з фериту

4. Характеристики трансформатора

• Номінальна потужність трансформатора – потужність, на яку він розрахований.
• Номінальна первинна напруга - напруга, на яку розрахована первинна обмотка трансформатора.
• Номінальна вторинна напруга - напруга на затискачах вторинної обмотки, що виходить при холостому ході трансформатора та номінальній напрузі на затискачах первинної обмотки.
• Номінальні струми, що визначаються відповідними номінальними значеннями потужності та напруги.
• Вища номінальна напруга трансформатора - найбільша з номінальних напруг обмоток трансформатора.
• Нижча номінальна напруга - найменша з номінальних напруг обмоток трансформатора.
• Середня номінальна напруга - номінальна напруга, що є проміжною між вищою та нижчою номінальною напругою обмоток трансформатора.

5. Режими

5.1 Холостий хід

Режимом холостого ходу - режим роботи трансформатора, при якому вторинна обмотка трансформатора розімкнена, а на затискачі первинної обмотки подано змінну напругу.

У первинній обмотці трансформатора, з'єднаної з джерелом змінного струму тече струм, внаслідок чого в сердечнику з'являється змінний магнітний потік Φ , що пронизує обидві обмотки. Оскільки Φ однаковий в обох обмотках трансформатора, то зміна Φ призводить до появи однакової ЕРС індукції у кожному витку первинної та вторинної обмоток. Миттєве значення ЕРС індукції eу будь-якому витку обмоток однаково визначається формулою:

де - Амплітуда ЕРС в одному витку.
Амплітуда ЕРС індукції у первинній та вторинній обмотках буде пропорційно числу витків у відповідній обмотці:

де N 1і N 2- Число витків у них.
Падіння напруги на первинній обмотці, як на резисторі, дуже мало, порівняно з ε 1, і тому для діючих значень напруги в первинній U 1та вторинної U 2обмотках буде справедливим такий вираз:

K- Коефіцієнт трансформації. При K>1 трансформатор знижуючий, а при K<1 - повышающий.

5.2 Режим короткого замикання

Режимом короткого замикання - режим, коли висновки вторинної обмотки замкнуті струмопроводом з опором, що дорівнює нулю ( Z=0).

Коротке замикання трансформатора за умов експлуатації створює аварійний режим, оскільки вторинний струм, отже, і первинний збільшуються у кілька десятків разів проти номінальним. Тому в ланцюгах із трансформаторами передбачають захист, який при короткому замиканні автоматично відключає трансформатор.

Необхідно розрізняти два режими короткого замикання:

Аварійний режим - тоді, коли замкнута вторинна обмотка при номінальній первинній напрузі. При такому замиканні струми зростають у 15 20 разів. Обмотка у своїй деформується, а ізоляція обугливается. Залізо так само підгорає. Це тяжкий режим. Максимальний та газовий захист відключає трансформатор від мережі при короткому аварійному замиканні.

Досвідчений режим короткого замикання - це режим, коли вторинна обмотка коротко замкнута, а до первинної обмотки підводиться така знижена напруга, коли по обмотках протікає номінальний струм - це U K- Напруга короткого замикання.

В лабораторних умовах можна провести коротке випробувальне замикання трансформатора. При цьому виражена у відсотках напруга U K, при I 1 =I 1номпозначають u Kі називають напругою короткого замикання трансформатора:

де U 1ном- Номінальна первинна напруга.

Це характеристика трансформатора, що вказується у паспорті.

5.3 Навантажувальний режим

Навантажувальний режим трансформатора - режим роботи трансформатора за наявності струмів не менше ніж у двох його основних обмотках, кожна з яких замкнена на зовнішній ланцюг, при цьому не враховуються струми, що протікають у двох або більше обмотках у режимі холостого ходу:

Якщо до первинної обмотки трансформатора підключити напругу U 1, а вторинну обмотку з'єднати з навантаженням, в обмотках з'являться струми I 1і I 2. Ці струми створять магнітні потоки Φ 1і Φ 2, спрямовані назустріч один одному. Сумарний магнітний потік у магнітопроводі зменшується. Внаслідок цього індуктовані сумарним потоком ЕРС ε 1і ε 2зменшуються. Чинне значення напруги U 1залишається незмінним. Зменшення ε 1викликає збільшення струму I 1:

При збільшенні струму I 1потік Φ 1збільшується рівно настільки, щоб компенсувати дію потоку, що розмагнічує Φ 2. Знову відновлюється рівновага при практично колишньому значенні сумарного потоку.

IV. Передача електроенергії

Передача електроенергії від електростанції до споживачів – одне з найважливіших завдань енергетики.
Електроенергія передається переважно по повітряних лініях електропередачі (ЛЕП) змінного струму, хоча спостерігається тенденція до дедалі ширшого застосування кабельних ліній і ліній постійного струму.

Необхідність передачі електроенергії на відстань обумовлена ​​тим, що електроенергія виробляється великими електростанціями з потужними агрегатами, а споживається порівняно малопотужними електроприймачами, розподіленими на значній території. Тенденція до концентрації генеруючих потужностей пояснюється тим, що з їх зростанням знижуються відносні витрати на спорудження електростанцій і зменшується вартість електроенергії, що виробляється.
Розміщення потужних електростанцій проводиться з урахуванням цілого ряду факторів, таких, наприклад, як наявність енергоресурсів, їхній вид, запаси та можливості транспортування, природні умови, можливість роботи у складі єдиної енергосистеми тощо. Часто такі електростанції виявляються суттєво віддаленими від основних центрів споживання електроенергії. Від ефективності передачі електроенергії на відстань залежить робота єдиних електроенергетичних систем, що охоплюють великі території.
Передавати електроенергію від місць виробництва до споживачів необхідно з мінімальними втратами. Головна причина цих втрат – перетворення частини електроенергії на внутрішню енергію проводів, їх нагрівання.

Відповідно до закону Джоуля-Ленца, кількість теплоти Q, що виділяється за час t у провіднику опором Rпри проходженні струму I, Так само:

З формули випливає, що для зменшення нагріву проводів необхідно зменшувати силу струму в них та їх опір. Щоб зменшити опір проводів, збільшують їх діаметр, проте дуже товсті дроти, що висять між опорами ліній електропередач, можуть обірватися під дією сили тяжіння, особливо, при снігопаді. Крім того, при збільшенні товщини проводів зростає їхня вартість, а вони виготовлені з відносно дорогого металу - міді. Тому ефективнішим способом мінімізації енерговтрат під час передачі електроенергії служить зменшення сили струму у проводах.
Таким чином, щоб зменшити нагрівання проводів при передачі електроенергії на далекі відстані, необхідно зробити силу струму в них якнайменше.
Потужність струму дорівнює добутку сили струму на напругу:

Отже, для збереження потужності, що передається на далекі відстані, треба в стільки ж разів збільшити напругу, скільки була зменшена сила струму в проводах:

З формули випливає, що при постійних значеннях потужності струму, що передається, і опору проводів втрати на нагрівання в проводах обернено пропорційні квадрату напруги в мережі. Тому передачі електроенергії на відстані кілька сотень кілометрів використовують високовольтні лінії електропередач (ЛЕП), напруга між проводами яких становить десятки, котрий іноді сотні тисяч вольт.
За допомогою ЛЕП сусідні електростанції об'єднуються в єдину мережу, яку називають енергосистемою. Єдина енергосистема Росії включає у собі безліч електростанцій, керованих з єдиного центру і забезпечує безперебійну подачу електроенергії споживачам.

V. ГОЕЛРО

1. Історія

ГОЕЛРО (Державна комісія з електрифікації Росії) - орган, створений 21 лютого 1920 року розробки проекту електрифікації Росії після Жовтневої революції 1917 року.

До робіт комісії було залучено понад 200 діячів науки та техніки. Очолював комісію Г.М. Кржижанівський. ЦК Комуністичної партії та особисто В. І. Ленін повсякденно спрямовували роботу комісії ГОЕЛРО, визначали основні важливі положення плану електрифікації країни.

До кінця 1920 року комісія проробила величезну роботу і підготувала «План електрифікації РРФСР» - тому в 650 сторінок тексту з картами та схемами електрифікації районів.
План ГОЕЛРО, розрахований на 10-15 років, реалізував ленінські ідеї електрифікації всієї країни та створення великої промисловості.
У галузі електроенергетичного господарства план складався із програми, розрахованої на відновлення та реконструкцію довоєнної електроенергетики, будівництво 30 районних електричних станцій, спорудження потужних районних теплових електростанцій. Електростанції планувалося обладнати великими на той час котлами та турбінами.
Однією з головних ідей плану було широке використання великих гідроенергоресурсів країни. Передбачалися докорінна реконструкція на основі електрифікації всіх галузей народного господарства країни та переважно зростання важкої промисловості, раціональне розміщення промисловості на всій території країни.
Здійснення плану ГОЕЛРО почалося у важких умовах Громадянської війни та господарської розрухи.

З 1947 СРСР займав 1-е місце у Європі та 2-ге у світі з виробництва електроенергії.

План ГОЕЛРО зіграв у житті нашої країни величезну роль: без нього не вдалося б вивести СРСР у такі короткі терміни до найрозвиненіших у промисловому відношенні країн світу. Реалізація цього плану сформувала всю вітчизняну економіку і досі значною мірою її визначає.

Складання та виконання плану ГОЕЛРО стали можливим і виключно завдяки поєднанню багатьох об'єктивних та суб'єктивних факторів: чималого промислово-економічного потенціалу дореволюційної Росії, високого рівня російської науково-технічної школи, зосередження в одних руках усієї економічної та політичної влади, її сили та волі, а також традиційного соборно-общинного менталітету народу та його слухняно-довірчого ставлення до верховних правителів.
План ГОЕЛРО та його реалізація довели високу ефективність системи державного планування в умовах жорстко централізованої влади та визначили розвиток цієї системи на довгі десятиліття.

2. Результати

До кінця 1935 року програма електробудівництва була в кілька разів перевиконана.

Замість 30 було збудовано 40 районних електростанцій, на яких разом з іншими великими промисловими станціями було введено 6914 тис. кВт потужностей (з них районних 4540 тис. кВт – майже втричі більше, ніж за планом ГОЕЛРО).
У 1935 р. серед районних електростанцій було 13 електроцентралей за 100 тис. кВт.

До революції потужність найбільшої електростанції Росії (1-ї Московської) становила лише 75 тис. кВт; не було жодної великої ГЕС. На початку 1935 р. загальна встановлена ​​потужність гідроелектростанцій досягла майже 700 тис. кВт.
Були побудовані найбільша у той час у світі Дніпровська ГЕС, Свірська 3-тя, Волховська та ін. У найвищій точці свого розвитку Єдина енергосистема СРСР за багатьма показниками перевершувала енергосистеми розвинутих країн Європи та Америки.

Електрика була практично невідома у селах до революції. Великі землевласники встановлювали невеликі електростанції, але їх було мало.

Електроенергія стала застосовуватися в сільському господарстві: у млинах, кормових різцях, зерноочисних машинах, на тартаках; у промисловості, а пізніше - у побуті.

Список використаної літератури

Вініков Ст А., Далекі електропередачі, М-Л., 1960;
Совалов С. А., Режими електропередач 400-500 кв. ЄЕС, М., 1967;
Безсонов, Л.А. Теоретичні засади електротехніки. Електричні ланцюги: підручник/Л.А. Безсонів. - 10-те вид. - М.: Гардаріки, 2002.
Електротехніка: Навчально-методичний комплекс. /І. М. Коголь, Г. П. Дубовицький, В. Н. Бородянко, В. С. Гун, Н. В. Кліначов, В. В. Кримський, А. Я. Ергард, В. А. Яковлєв; За редакцією Н. В. Кліначова. - Челябінськ, 2006-2008.
Електричні системи, т. 3 - Передача енергії змінним та постійним струмом високої напруги, М., 1972.

Вибачте, нічого не знайдено.

Головна > Реферат

Реферат

по фізиці

на тему «Виробництво, передача та використання електроенергії»

учениці 11 класу А

МОУ школи №85

Катерини.

Вчитель:

2003 р.

План реферату

Вступ. 1. Виробництво електроенергії.

типи електростанцій. альтернативні джерела енергії

2. Передача електроенергії.

Трансформатори.

3. Використання електроенергії.

Вступ.

Народження енергетики сталося кілька мільйонів років тому, коли люди навчилися використати вогонь. Вогонь давав їм тепло та світло, був джерелом натхнення та оптимізму, зброєю проти ворогів та диких звірів, лікувальним засобом, помічником у землеробстві, консервантом продуктів, технологічним засобом тощо. Прекрасний міф про Прометея, який дарував людям вогонь, з'явився у Стародавній Греції значно пізніше, як у багатьох частинах світу були освоєні методи досить витонченого поводження з вогнем, його отриманням і гасінням, збереженням вогню і раціональним використаннямпалива. Протягом багатьох років вогонь підтримувався шляхом спалювання рослинних енергоносіїв (деревини, чагарників, очерету, трави, сухих водоростей тощо), а потім було виявлено можливість використовувати для підтримки вогню викопні речовини: кам'яне вугілля, нафту, сланці, торф. На сьогоднішній день енергія залишається головною складовою життя людини. Вона дає можливість створювати різні матеріали, є одним із головних факторів при розробці нових технологій. Простіше кажучи, без освоєння різних видів енергії людина не здатна повноцінно існувати.

Виробництво електроенергії.

Типи електростанцій.

Теплова електростанція (ТЕС), електростанція, що виробляє електричну енергію в результаті перетворення теплової енергії, що виділяється при спалюванні органічного палива. Перші ТЕС з'явилися наприкінці 19 століття і набули переважне поширення. У середині 70-х років 20 століття ТЕС - основний вид електростанції. На теплових електростанціях хімічна енергія палива перетворюється спочатку на механічну, а потім на електричну. Паливом для такої електростанції можуть бути вугілля, торф, газ, горючі сланці, мазут. Теплові електричні станції поділяють на конденсаційні(КЕС), призначені для вироблення тільки електричної енергії, та теплоелектро-централі(ТЕЦ), що виробляють крім електричної теплову енергію у вигляді гарячої води та пари. Великі КЕС районного значення отримали назву державних районних електростанцій (ДРЕС). Найпростіша важлива схема КЕС, що працює на вугіллі, представлена ​​малюнку. Вугілля подається в паливний бункер 1, та якщо з нього - в дробильну установку 2, де перетворюється на пил. Вугільний пил надходить у топку парогенератора (парового котла) 3, що має систему трубок, в яких циркулює хімічно очищена вода, звана поживною. У котлі вода нагрівається, випаровується, а насичений пар, що утворився, доводиться до температури 400-650 ° С і під тиском 3-24 МПа надходить по паропроводу в парову турбіну 4. Параметри пари залежать від потужності агрегатів. Теплові конденсаційні електростанції мають невисокий ккд (30 - 40%), так як більша частина енергії втрачається з відхідними топковими газами і охолоджувальною водою конденсатора. Споруджувати КЕС вигідно в безпосередній близькості від місць видобутку палива. При цьому споживачі електроенергії можуть перебувати на значній відстані від станції. Теплоелектроцентральвідрізняється від конденсаційної станції встановленої у ньому спеціальної теплофікаційної турбіною з відбором пари. На ТЕЦ одна частина пари повністю використовується в турбіні для вироблення електроенергії в генераторі 5 і потім надходить в конденсатор 6, а інша, що має велику температуру і тиск, відбирається від проміжного ступеня турбіни і використовується для теплопостачання. Конденсат насосом через 7 деаера-тор 8 і далі поживним насосом 9 подається в парогенератор. Кількість пари, що відбирається, залежить від потреби підприємств у тепловій енергії. Коефіцієнт корисної дії ТЕЦ сягає 60-70%. Такі станції будують зазвичай поблизу споживачів - промислових підприємств чи житлових масивів. Найчастіше вони працюють на паливі, що привіз. Значно менше поширення отримали теплові станції з газотурбінними(ГТЕС), парогазовими(ПГЕС) та дизельними установками. У камері згоряння ГТЕС спалюють газ або рідке паливо; продукти згоряння з температурою 750-900 ºС надходять у газову турбіну, що обертає електрогенератор. Ккд таких ТЕС зазвичай становить 26-28%, потужність - до кількох сотень МВт . ГТЕС зазвичай використовуються для покриття піків електричного навантаження. Ккд ПГЕС може досягати 42 - 43%. Найбільш економічними є великі теплові паротурбінні електростанції (скорочено ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовують як паливо вугільний пил. Для вироблення 1 кВт-год електроенергії витрачається кілька сотень грамів вугілля. У паровому котлі понад 90% енергії, що виділяється паливом, передається пару. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору. Вал турбіни жорстко з'єднаний із валом генератора. Сучасні парові турбіни для ТЕС – дуже досконалі, швидкохідні, високоекономічні машини з великим ресурсом роботи. Їхня потужність в одновальному виконанні досягає 1 млн. 200 тис. кВт, і це не є межею. Такі машини завжди бувають багатоступінчастими, тобто мають звичайно кілька десятків дисків з робочими лопатками і таку ж кількість, перед кожним диском, груп сопел, через які протікає струмінь пари. Тиск та температура пари поступово знижуються. З курсу фізики відомо, що ККД теплових двигунів збільшується зі зростанням початкової температури робочого тіла. Тому пар, що надходить в турбіну, доводять до високих параметрів: температуру - майже до 550 °С і тиск - до 25 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС досягає 40%. Велика частина енергії втрачається разом з гарячою відпрацьованою парою. Гідроелектрична станція (ГЕС), комплекс споруд та обладнання, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється на електричну енергію. ГЕС складається із послідовного ланцюга гід-ротехнічних споруд,що забезпечують необхідну концентрацію потоку води і створення напору, і енергетичного обладнання, що перетворює енергію води, що рухається під напором води в механічну енергію обертання, яка, у свою чергу, перетворюється на електричну енергію. Натиск ГЕС створюється концентрацією падіння річки на ділянці, що використовується, греблею, або деривацією,або греблею і дери-вацією спільно. Основне енергетичне обладнання ГЕС розміщується у будівлі ГЕС: у машинному залі електростанції - гідроагрегати,допоміжне обладнання, пристрої автоматичного керування та контролю; у центральному посту управління - пульт оператора-диспетчера або автооператор гідроелектростанції.Підвищуюча трансформаторна підстанціярозміщується як усередині будівлі ГЕС, так і в окремих будівлях або на відкритих майданчиках. Розподільні пристроїнайчастіше розташовуються на відкритому майданчику. Будівля ГЕС може бути розділена на секції з одним або декількома агрегатами та допоміжним обладнанням, відокремлені від суміжних частин будівлі При будівлі ГЕС або всередині нього створюється монтажний майданчик для складання та ремонту різного обладнання та для допоміжних операцій з обслуговування ГЕС. За встановленою потужністю (у МВт)розрізняють ГЕС потужні(св. 250), середня(до 25) та малі(до 5). Потужність ГЕС залежить від напору (різниці рівнів верхнього та нижнього б'єфу) ), витрати води, що використовується в гідротурбінах, та ккд гідроагрегату. З низки причин (внаслідок, наприклад, сезонних змін рівня води у водоймищах, непостійності навантаження енерго-системи, ремонту гідроагрегатів або гідротехнічних споруд тощо) натиск і витрата води безперервно змінюються, а, крім того, змінюється витрата при регулюванні. -Рування потужності ГЕС. Розрізняють річний, тижневий і добовий цикли режиму роботи ГЕС. За максимально використовуваним напором ГЕС діляться на високонапірні(більше 60 м), середньонапірні(від 25 до 60 м)і низьконапірні(від 3 до 25 м).На рівнинних річках напори рідко перевищують 100 м,у гірських умовах за допомогою греблі можна створювати напори до 300 мі більше, а за допомогою дерива-ції - до 1500 м.Підрозділ ГЕС по використовуваному натиску має приблизний, умовний характер. За схемою використання водних ресурсів і концентрації напорів ГЕС зазвичай поділяють на руслові, прищілинні, дериваційні з напірною та без-напірною деривацією, змішані, гідроакумулюючіі приливні. У руслових і приплотинних ГЕС напір води створюється греблею, що перегороджує річку і піднімає рівень води у верхньому б'єфі. При цьому неминуче деяке затоплення долини річки. Руслові і приплотинні ГЕС будують і на рівнинних багатоводних річках і на гірських річках, у вузьких стиснутих долинах. Для руслових ГЕС характерні натиски до 30-40 м.При більш високих напорах виявляється недоцільним передавати на будівлю ГЕС гідростатичний тиск води. У цьому випадку застосовується тип греблеюГЕС, у якої напірний фронт на всьому протязі перекривається греблею, а будівля ГЕС розташовується за греблю, примикає до нижнього б'єфу. Інший вид компонування прищільнаГЕС відповідає гірським умовам при порівняно малих витратах річки. В дериваційнихГЕС концентрація падіння річки створюється за допомогою деривації; вода на початку використовуваної ділянки річки відводиться з річкового русла водоводом, з ухилом, значно меншим, ніж середній ухил річки на цій ділянці і з випрямленням вигинів і поворотів русла. Кінець деривації підводять до місця розташування будівлі ГЕС. Відпрацьована вода або повертається в річку, або підводиться до наступної дериваційної ГЕС. Деривація вигідна тоді, коли ухил річки великий. Особливе місце серед ГЕС займають гідроакумулюючі електростанції(ГАЕС) та приливні електростанції(ПЕМ). Спорудження ГАЕС обумовлено зростанням потреби в пікової потужності у великих енергетичних системах, що і визначає генераторну потужність, що потрібна для покриття пікових навантажень. Здатність ГАЕС акумулювати енергію заснована на тому, що вільна в енергосистемі в деякий період часу електрична енергія використовується агрегатами ГАЕС, які, працюючи в режимі насоса, нагнітають воду з водосховища у верхній акумулюючий басейн. У період піків навантаження акумульована енергія повертається в енергосистему (вода з верхнього басейну надходить у напірний трубопровід і обертає гідроагрегати, що працюють в режимі генератора струму). ПЕМ перетворять енергію морських припливів на електричну. Електроенергія приливних ГЕС в силу деяких особливостей, пов'язаних з періодичним характером припливів і відливів, може бути використана в енергосистемах лише спільно з енергією регулюючих електростанцій, які заповнюють провали потужності приливних електростанцій протягом доби або місяців. Найважливіша особливість гідроенергетичних ресурсів у порівнянні з паливно-енергетичними ресурсами – їхня безперервна відновлюваність. Відсутність потреби в паливі для ГЕС визначає низьку собівартість вироблюваної на ГЕС електроенергії. Тому спорудження ГЕС, незважаючи на значні, питомі капіталовкладення на 1 кВтвстановленої потужності і тривалі терміни будівництва, надавалося і надається велике значення, особливо коли це пов'язано з розміщенням електроємних виробництв. Атомна електростанція (АЕС), електростанція, в якій атомна (ядерна) енергія перетворюється на електричну. Генератором енергії на АЕС є атомний реактор. Тепло, яке виділяється в реакторі в результаті ланцюгової реакції розподілу ядер деяких важких елементів, потім так само, як і на звичайних теплових електростанціях (ТЕС), перетворюється на електроенергію. На відміну від ТЕС, що працюють на органічному паливі, АЕС працює на ядерному горю-чому(В основі 233 U, 235 U, 239 Pu). Встановлено, що світові енергетичні ресурси ядерного пального (уран, плутоній та ін.) суттєво перевищують енергоресурси природних запасів органічного, палива (нафта, вугілля, природний газта ін.). Це відкриває широкі перспективи для задоволення швидко зростаючих потреб у паливі. Крім того, необхідно враховувати все збільшується обсяг споживання вугілля і нафти для технологічних цілей світової хімічної промисловості, яка стає серйозним конкурентом теплових електростанцій. Незважаючи на відкриття нових родовищ органічного палива і вдосконалення способів його видобутку, у світі спостерігається тенденція до відносного, збільшення його вартості. Це створює найважчі умови для країн, які мають обмежені запаси палива органічного походження. Очевидною є необхідність якнайшвидшого розвитку атомної енергетики, яка вже займає помітне місце в енергетичному балансі низки промислових країн світу. Принципова схема АЕС з ядерним реактором, що має водяне охолодження, наведено на рис. 2. Тепло, що виділяється в активній зоніреактора теплоносієм,вбирається водою одного контуру, яка прокачується через реактор циркуляційним насосом. Нагріта вода з реактора надходить у теплообмінник (парогенератор) 3, де передає тепло, отримане у реакторі воді 2-го контуру. Вода 2-го контуру випаровується в парогенераторі, і утворюється пара, яка потім надходить у турбіну 4.
Найчастіше на АЕС застосовують 4 типи реакторів на теплових нейтронах: 1) водо-водяні зі звичайною водою як сповільнювач і теплоносій; 2) графітоводні з водяним теплоносієм та графітовим сповільнювачем; 3) важководні з водяним теплоносієм і важкою водою як сповільнювач; 4) граффіто - газові з газовим теплоносієм і графітовим сповільнювачем. Вибір переважно застосовуваного типу реактора визначається головним чином накопиченим досвідом в реактороносії, а також наявністю необхідного промислового обладнання, сировинних запасів і т. д. захистом , теплообмінники, насоси або газодувні установки, що здійснюють циркуляцію теплоносія, трубопроводи та арматура циркуляції контуру, пристрої для перезавантаження ядерного пального, системи спеціальної вентиляції, аварійного розхолодження та ін. Для запобігання персоналу АЕС від радіаційного опромінення реактор оточують біологічним захистом основним матеріалом для якої є бетон, вода, серпантиновий пісок. Обладнання реакторного контуру має бути повністю герметичним. Передбачається система контролю місць можливого витоку теплоносія, вживають заходів, щоб поява не щільностей і розривів контуру не призводило до радіоактивних викидів і забруднення приміщень АЕС і навколишньої місцевості. Радіоактивне повітря і невелика кількість парів теплоносія, обумовлене наявністю протікання з контуру, видаляють з необслуговуваних приміщень АЕС спеціальною системою вентиляції, в якій для виключення можливості забруднення атмосфери передбачені очисні фільтри і газгольдери витримки. За виконанням правил радіаційної безпеки персоналом АЕС слідує служба дозиметричного контролю. Наявність біологічного захисту, систем спеціальної вентиляції та аварійного розхолодження та служби дозиметричного контролю дозволяє повністю убезпечити обслуговуючий персоналАЕС від шкідливих впливів радіоактивного опромінення. АЕС, що є найсучаснішим видом електростанцій, мають ряд істотних переваг над іншими видами електростанцій: за нормальних умов функціонування вони абсолютно не забруднюють довкілля, не вимагають прив'язки до джерела сировини і можуть бути розміщені практично скрізь. Нові енергоблоки мають потужність практично рівну потужності середньої ГЕС, проте коефіцієнт використання встановленої потужності на АЕС (80%) значно перевищує цей показник у ГЕС чи ТЕС. Значних недоліків АЕС за нормальних умов функціонування практично немає. Однак не можна не помітити небезпеку АЕС за можливих форс-мажорних обставин: землетрусів, ураганів тощо - тут старі моделі енергоблоків становлять потенційну небезпеку радіаційного зараження територій через неконтрольоване перегрівання реактора.

Альтернативні джерела енергії.

Енергія сонця. Останнім часом інтерес до проблеми використання сонячної енергії різко зріс, адже потенційні можливості енергетики на основі використання безпосереднього сонячного випромінювання надзвичайно великі. Найпростіший колектор сонячного випромінювання являє собою зачорнений металевий (як правило, алюмінієвий) лист, усередині якого розташовуються труби з рідиною, що циркулює в ній. Нагріта за рахунок сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина надходить для безпосереднього використання. Сонячна енергетика відноситься до найбільш матеріаломістких видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії тягне у себе гігантське збільшення потреби у матеріалах, отже, й у трудових ресурсах для видобутку сировини, його збагачення, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, інший апаратури, їх перевезення. Поки що електрична енергія, народжена сонячними променями, обходиться набагато дорожче, ніж отримувана традиційними способами. Вчені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на досвідчених установках і станціях, допоможуть вирішити як технічні, а й економічні проблеми. Вітрова енергія. Величезна енергія повітряних мас, що рухаються. Запаси енергії вітру більш ніж сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Постійно і всюди землі дмуть вітри. Кліматичні умови дозволяють розвивати вітроенергетику на величезній території. Але в наші дні двигуни, що використовують вітер, покривають всього одну тисячну світових потреб в енергії. Тому до створення конструкцій вітроколеса-серця будь-якої вітроенергетичної установки залучаються фахівці-самолетобудівники, які вміють вибрати найбільш доцільний профіль лопаті, досліджувати його в аеродинамічній трубі. Зусиллями вчених та інженерів створені найрізноманітніші конструкції сучасних вітрових установок. Енергія Землі. Здавна люди знають про стихійні прояви гігантської енергії, що таїться в надрах земної кулі. Пам'ять людства зберігає перекази про катастрофічні виверження вулканів, які забрав мільйони людських життів, які невпізнанно змінили вигляд багатьох місць на Землі. Потужність виверження навіть порівняно невеликого вулкана колосальна, вона багаторазово перевищує потужність найбільших енергетичних установок, створених руками людини. Правда, про безпосереднє використання енергії вулканічних вивержень говорити не доводиться, немає поки у людей можливостей приборкати цю непокірну стихію. Енергія Землі придатна не тільки для опалення приміщень, як це відбувається в Ісландії, але і для отримання електроенергії. Вже давно працюють електростанції, які використовують гарячі підземні джерела. Перша така електростанція, ще малопотужна, була побудована в 1904 році в невеликому італійському містечку Лардерелло. Поступово потужність електростанції зростала, до ладу вступали все нові агрегати, використовувалися нові джерела гарячої води, і в наші дні потужність станції досягла вже великої величини-360 тисяч кіловат.

Передача електроенергії.

Трансформатори

Ви придбали холодильник ЗІЛ. Продавець вас попередив, що холодильник розрахований на напругу в мережі 220 В. А у вас у будинку мережна напруга 127 В. Безвихідь? Анітрохи. Просто доведеться зробити додаткову витрату та придбати трансформатор. Трансформатор- дуже простий пристрій, який дозволяє як підвищувати, так і знижувати напругу. Перетворення змінного струму здійснюється за допомогою трансформаторів. Вперше трансформатори були використані в 1878 р. російським ученим П. Н. Яблочковим для харчування винайдених ним «електричних свічок» - нового на той час джерела світла. Ідея П. Н. Яблочкова була розвинена співробітником Московського університету І. Ф. Усагіним, який сконструював удосконалені трансформатори. . Одна з обмоток, звана первинної, підключається до джерела змінної напруги. Друга обмотка, до якої приєднують «навантаження», тобто прилади та пристрої, що споживають електроенергію, називається вторинною.

Рис.1 Рис.2

Схема пристрою трансформатора з двома обмотками наведена на малюнку 2, а прийняте для нього умовне позначення - на рис. 3.

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

е = -Δ Ф/Δ t

Якщо Ф= Ф 0 соsωt, то е = ω Ф 0 sinω t, або е =E 0 sinω t , де E 0 = ω Ф 0 - амплітуда ЕРС в одному витку. У первинній обмотці, що має п 1 витків, повна ЕРС індукції e 1 дорівнює п 1 тобто.У вторинній обмотці повна ЕРС. е 2 дорівнює п 2 е,де п 2 - Число витків цієї обмотки.

Звідси слідує що

e 1 е 2 = п 1 п 2 . (1) Сума напруги u 1 , доданого до первинної обмотки, та ЕРС e 1 повинна дорівнювати падіння напруги в первинній обмотці: u 1 + e 1 = i 1 R 1 , де R 1 - активний опір обмотки, а i 1 - Сила струму в ній. Дане рівняння безпосередньо випливає із загального рівняння. Зазвичай активний опір обмотки мало і членом i 1 R 1 можна знехтувати. Тому u 1 ≈ - e 1 . (2)При розімкнутій вторинній обмотці трансформатора струм у ній не тече, і має місце співвідношення:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

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

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

Величина kназивається коефіцієнтом трансформації. Якщо k>1, то трансформатор є знижувальним, k<1 - підвищуючим. При замиканні ланцюга вторинної обмотки в ньому тече струм. Тоді співвідношення u 2 ≈ - e 2 вже не виконується точно, і відповідно зв'язок між U 1 та U 2 стає більш складною, ніж у рівнянні (4). Відповідно до закону збереження енергії, потужність у первинному ланцюгу повинна дорівнювати потужності у вторинному ланцюгу: U 1 I 1 = U 2 I 2, (5) де I 1 і I 2 - діючі значення сили у первинній та вторинній обмотках.

Звідси слідує що

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

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

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

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

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

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

Вдома ви маєте справу із маленькими трансформаторами. Що ж до потужних трансформаторів, то вони є величезними спорудами. У цих випадках сердечник з обмотками поміщений у бак, заповнений охолодною олією.

Передача електроенергії

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

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

Q=I 2 Rtде R - опір лінії. При великій довжині лінії передачі енергії може стати взагалі економічно невигідною. Для зменшення втрат можна, звичайно, йти шляхом зменшення опору R лінії за допомогою збільшення площі поперечного перерізу проводів. Але для зменшення R, наприклад, у 100 разів необхідно збільшити масу дроту також у 100 разів. Ясно, що не можна допустити такого великого витрачання дорогого кольорового металу, не кажучи вже про труднощі закріплення важких проводів на високих щоглах і т. п. Тому втрати енергії в лінії знижують іншим шляхом: зменшенням струму в лінії. Наприклад, зменшення струму в 10 разів зменшує кількість тепла, що виділилося в провідниках, в 100 разів, тобто досягається той же ефект, що і від стократного обтяження проводу.

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

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

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

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

Використання електроенергії.

Використання електроенергетики у різних галузях науки.

ХХ століття стало століттям, коли наука вторгається у всі сфери життя суспільства: економіку, політику, культуру, освіту тощо. Природно, що наука безпосередньо впливає на розвиток енергетики та сферу застосування електроенергії. З одного боку наука сприяє розширенню сфери застосування електричної енергії і цим збільшує її споживання, але з іншого боку в епоху, коли необмежене використання невідновлюваних енергетичних ресурсів несе небезпеку для майбутніх поколінь, актуальними завданнями науки стають завдання розробки енергозберігаючих технологій та впровадження їх у життя. Розглянемо ці питання на конкретних прикладах. Близько 80% приросту ВВП (внутрішнього валового продукту) розвинених країн досягається з допомогою технічних інновацій, переважна більшість яких пов'язані з використанням електроенергії. Все нове в промисловість, сільське господарство та побут приходить до нас завдяки новим розробкам у різних галузях науки. Більшість наукових розробок починається з теоретичних розрахунків. Але якщо у ХIХ столітті ці розрахунки проводилися за допомогою пера та паперу, то у вік НТР (науково-технічної революції) всі теоретичні розрахунки, відбір та аналіз наукових даних і навіть лінгвістичний розбір літературних творів робляться за допомогою ЕОМ (електронно-обчислювальних машин), які працюють на електричній енергії, найбільш зручною для передачі її на відстань та використання. Але якщо спочатку ЕОМ використовувалися для наукових розрахунків, то тепер з науки комп'ютери прийшли у життя. Нині вони використовуються у всіх сферах діяльності: для запису та зберігання інформації, створення архівів, підготовки та редагування текстів, виконання креслярських та графічних робіт, автоматизації виробництва та сільського господарства. Електронізація та автоматизація виробництва - найважливіші наслідки "другої промислової" або "мікроелектронної" революції в економіці розвинутих країн. З мікроелектронікою безпосередньо пов'язаний і розвиток комплексної автоматизації, якісно новий етап якої почався після винаходу в 1971 мікропроцесора - мікроелектронного логічного пристрою, що вбудовується в різні пристрої для управління їх роботою. Мікропроцесори прискорили зростання робототехніки. Більшість застосовуваних нині роботів відноситься до так званого першого покоління, і застосовуються при зварюванні, різанні, пресуванні, нанесенні покриттів і т.д. Роботи, що приходять на зміну другого покоління, обладнані пристроями для розпізнавання навколишнього середовища. А роботи-"інтелектуали" третього покоління "бачитимуть", "відчуватимуть", "чутимуть". Вчені та інженери серед найпріоритетніших сфер застосування роботів називають атомну енергетику, освоєння космічного простору, транспорту, торгівлю, складське господарство, медичне обслуговування, переробку відходів, освоєння багатств океанічного дна. Основна частина роботів працюють на електричній енергії, але збільшення споживання електроенергії роботами компенсується зниженням енерговитрат у багатьох енергоємних виробничих процесах за рахунок впровадження більш раціональних методів та нових енергозберігаючих технологічних процесів. Але повернемося до науки. Усі нові теоретичні розробки після розрахунків на ЕОМ перевіряються експериментально. І, зазвичай, цьому етапі дослідження проводяться з допомогою фізичних вимірів, хімічних аналізів тощо. Тут інструменти наукових досліджень різноманітні - численні вимірювальні прилади, прискорювачі, електронні мікроскопи, магніторезонансні томографи тощо. Основна частина цих інструментів експериментальної науки працюють на електричній енергії. Дуже бурхливо розвивається наука у сфері засобів зв'язку та комунікацій. Супутниковий зв'язок використовується як як міжнародного зв'язку, а й у побуті - супутникові антени не рідкість й у місті. Нові засоби зв'язку, наприклад волоконна техніка, дозволяють значно знизити втрати електроенергії у процесі передачі сигналів великі відстані. Не оминула наука та сферу управління. У міру розвитку НТР, розширення виробничої та невиробничої сфер діяльності людини, все більш важливу роль у підвищенні їх ефективності починає відігравати управління. Зі свого роду мистецтва, яке ще недавно ґрунтувалося на досвіді та інтуїції, управління в наші дні перетворилося на науку. Наука про управління, загальні закони отримання, зберігання, передачі та переробки інформації називається кібернетикою. Цей термін походить від грецьких слів "кермовий", "кормчий". Він зустрічається у працях давньогрецьких філософів. Проте нове народження його відбулося фактично у 1948 році, після виходу книги американського вченого Норберта Вінера "Кібернетика". До початку "кібернетичної" революції існувала лише паперова Інформатика, основним засобом сприйняття якої залишався людський мозок і яка не використовувала електроенергію. " Кібернетична " революція породила принципово іншу - машинну інформатику, що відповідає гігантськи збільшеним потокам інформації, джерелом енергії для якої служить електроенергія. Створено абсолютно нові засоби отримання інформації, її накопичення, обробки та передачі, що у сукупності утворюють складну інформаційну структуру. Вона включає АСУ (автоматизовані системи управління), інформаційні банки даних, автоматизовані інформаційні бази, обчислювальні центри, відеотермінали, копіювальні та фототелеграфні апарати, загальнодержавні інформаційні системи, системи супутникового та швидкісного волокнисто-оптичного зв'язку - все це необмежено розширено. Багато вчених вважають, що в цьому випадку йдеться про нову "інформаційну" цивілізацію, яка приходить на зміну традиційній організації суспільства індустріального типу. Така спеціалізація характеризується такими важливими ознаками:

широким поширенням інформаційної технології у матеріальному та нематеріальному виробництві, у галузі науки, освіти, охорони здоров'я тощо; наявністю широкої мережі різних банків даних, зокрема громадського користування; перетворення інформації на один з найважливіших факторів економічного, національного та особистого розвитку; вільною циркуляцією інформації у суспільстві.

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

Електроенергія у виробництві.

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

Електроенергія у побуті.

Електроенергія в побуті є невід'ємним помічником. Щодня ми маємо з нею справу, і, мабуть, уже не уявляємо свого життя без неї. Згадайте, коли останній раз вам відключали світло, тобто у ваш будинок не надходила електроенергія, згадайте, як ви лаялися, що нічого не встигаєте і вам потрібне світло, вам потрібен телевізор, чайник і купа інших електроприладів. Адже якщо нас знеструмити назавжди, ми просто повернемося в ті давні часи, коли їжу готували на багатті і жили в холодних вігвамах. Значення електроенергії в нашому житті можна присвятити цілу поему, настільки вона важлива в нашому житті і настільки ми звикли до неї. Хоча ми вже й не помічаємо, що вона надходить до нас у будинки, але коли її відключають, стає дуже комфортно. Цінуйте електроенергію!

Список використаної літератури.

Підручник С.В.Громова "Фізика, 10 клас". Москва: Просвітництво. Енциклопедичний словник молодого фізика. склад. В.А. Чуянов, Москва: Педагогіка. Елліон Л., Вілконс У.. Фізика. Москва: Наука. Колтун М. Світ фізики. Москва. Джерела енергії. Факти, проблеми, розв'язання. Москва: Наука та техніка. Нетрадиційні джерела енергії. Москва: Знання. Юдасін Л.С.. Енергетика: проблеми та надії. Москва: Просвітництво. Підгірний О.М. Воднева енергетика. Москва: Наука.

Реферат

Однією з найбільших проблем, вирішених у аналізований нами період, було отримання та використання електроенергії – нової енергетичної основи промисловості та транспорту.

Реферат

Історія електричного освітлення почалася в 1870 році з винаходу лампи розжарювання, в якій світло вироблялося внаслідок надходження електричного струму.

Реферат

У середині ХІХ століття історія науки і техніки підійшла до критичного періоду, коли головні зусилля провідних вчених та винахідників – електротехніків багатьох країн зосередилися на одному напрямку: створенні зручніших джерел світла.

Документ

Серед найцікавіших та загадкових явищ природи дитяча обдарованість займає одне з провідних місць. Проблеми її діагностики та розвитку хвилюють освітян протягом багатьох століть.

Сангаджиєва Любов Батівна, учитель фізики, найвища кваліфікаційна категорія. Москва 2011 робоча програма

Робоча програма

Дана робоча програма з фізики для 10-11 класу складена на основі федерального компонента державного стандарту середньої (повної) загальної освіти з фізики (2004 р.).