Produksjon, overføring og forbruk av elektrisitet. Abstrakt produksjon, overføring og bruk av elektrisk energi

i fysikk

om temaet "Produksjon, overføring og bruk av elektrisitet"

11. klasse A-elever

Kommunal utdanningsinstitusjon nr. 85

Catherine.

Abstrakt plan.

Introduksjon.

1. Elektrisitetsproduksjon.

1. typer kraftverk.

2. alternative energikilder.

2. Elektrisitetsoverføring.

transformatorer.

3. Strømbruk.

Introduksjon.

Fødselen av energi skjedde for flere millioner år siden, da folk lærte å bruke ild. Ilden ga dem varme og lys, var en kilde til inspirasjon og optimisme, et våpen mot fiender og ville dyr, et helbredende middel, en assistent i landbruket, et konserveringsmiddel, et teknologisk verktøy, etc.

Den fantastiske myten om Prometheus, som ga folk ild, dukket opp i antikkens Hellas mye senere, etter at mange deler av verden hadde mestret metoder for ganske sofistikert håndtering av brann, produksjon og slukking, bevaring av brann og rasjonell bruk av drivstoff.

I mange år ble ilden vedlikeholdt ved å brenne planteenergikilder (ved, busker, siv, gress, tørre alger osv.), og da ble det oppdaget at det var mulig å bruke fossile stoffer for å opprettholde brann: kull, olje, skifer , torv.

I dag er energi fortsatt hovedkomponenten i menneskelivet. Det gjør det mulig å lage ulike materialer og er en av hovedfaktorene i utviklingen av nye teknologier. Enkelt sagt, uten å mestre ulike typer energi, er en person ikke i stand til å eksistere fullt ut.

Kraftproduksjon.

Typer kraftverk.

Varmekraftverk (TPP), et kraftverk som genererer elektrisk energi som et resultat av konvertering av termisk energi som frigjøres under forbrenning av fossilt brensel. De første termiske kraftverkene dukket opp på slutten av 1800-tallet og ble utbredt. På midten av 70-tallet av 1900-tallet var termiske kraftverk hovedtypen kraftverk.

I termiske kraftverk omdannes drivstoffets kjemiske energi først til mekanisk energi og deretter til elektrisk energi. Drivstoffet til et slikt kraftverk kan være kull, torv, gass, oljeskifer og fyringsolje.

Termiske kraftverk er delt inn i kondensasjon(IES), designet for kun å generere elektrisk energi, og kraftvarmeverk(CHP), som produserer, i tillegg til elektrisk energi, termisk energi i form av varmt vann og damp. Store CPP-er av regional betydning kalles statlige distriktskraftverk (SDPP).

Det enkleste skjemaet av en kullfyrt IES er vist i figuren. Kull mates inn i drivstoffbunkeren 1, og fra denne inn i knuseenheten 2, hvor det blir til støv. Kullstøv kommer inn i ovnen til en dampgenerator (dampkjele) 3, som har et system av rør der kjemisk renset vann, kalt matevann, sirkulerer. I kjelen varmes vannet opp, fordampes, og den resulterende mettede dampen bringes til en temperatur på 400-650 °C og kommer under et trykk på 3-24 MPa inn i dampturbin 4 gjennom en dampledning. Dampparametere avhenger på kraften til enhetene.

Termiske kondenskraftverk har lav virkningsgrad (30-40%), siden mesteparten av energien går tapt med røykgasser og kondensatorkjølevann. Det er fordelaktig å bygge CPP-er i umiddelbar nærhet til drivstoffproduksjonssteder. I dette tilfellet kan strømforbrukere være plassert i betydelig avstand fra stasjonen.

Kombinert varme- og kraftverk skiller seg fra en kondenseringsstasjon ved å ha en spesiell varmeturbin installert på den med dampavsug. Ved et termisk kraftverk blir den ene delen av dampen fullstendig brukt i turbinen for å generere elektrisitet i generatoren 5 og kommer deretter inn i kondensatoren 6, og den andre, som har høyere temperatur og trykk, tas fra mellomtrinnet av turbin og brukes til varmeforsyning. Kondensatet tilføres av pumpen 7 gjennom avlufteren 8 og deretter av matepumpen 9 til dampgeneratoren. Mengden damp som tas avhenger av foretakenes behov for termisk energi.

Effektiviteten til termiske kraftverk når 60-70%. Slike stasjoner bygges vanligvis i nærheten av forbrukere - industribedrifter eller boligområder. Oftest går de på importert drivstoff.

Termiske stasjoner med gassturbin(GTPP), damp-gass(PHPP) og dieselanlegg.

Gass eller flytende drivstoff brennes i forbrenningskammeret til et gassturbinkraftverk; Forbrenningsprodukter med en temperatur på 750-900 ºС kommer inn i en gassturbin som roterer en elektrisk generator. Effektiviteten til slike termiske kraftverk er vanligvis 26-28%, effekt - opptil flere hundre MW . GTPP-er brukes vanligvis til å dekke elektriske belastningstopper. Effektiviteten til PGES kan nå 42 - 43%.

De mest økonomiske er store termiske dampturbinkraftverk (forkortet TPP). De fleste termiske kraftverk i vårt land bruker kullstøv som brensel. For å generere 1 kWh strøm forbrukes flere hundre gram kull. I en dampkjele overføres over 90 % av energien som frigjøres av brenselet til damp. I turbinen overføres den kinetiske energien til dampstrålene til rotoren. Turbinakselen er stivt forbundet med generatorakselen.

Moderne dampturbiner for termiske kraftverk er svært avanserte, høyhastighets, svært økonomiske maskiner med lang levetid. Deres kraft i en enkeltakselversjon når 1 million 200 tusen kW, og dette er ikke grensen. Slike maskiner er alltid flertrinns, det vil si at de vanligvis har flere dusin skiver med arbeidsblader og det samme antallet, foran hver skive, av grupper av dyser som en strøm av damp strømmer gjennom. Trykket og temperaturen på dampen avtar gradvis.

Det er kjent fra et fysikkkurs at effektiviteten til varmemotorer øker med økende starttemperatur på arbeidsfluidet. Derfor bringes dampen som kommer inn i turbinen til høye parametere: temperatur - nesten 550 ° C og trykk - opptil 25 MPa. Effektiviteten til termiske kraftverk når 40%. Det meste av energien går tapt sammen med den varme eksosdampen.

Vannkraftstasjon (vannkraftverk), et kompleks av strukturer og utstyr der vannstrømmens energi omdannes til elektrisk energi. Et vannkraftverk består av en seriekrets hydrauliske strukturer, gir nødvendig konsentrasjon av vannstrøm og skaper trykk, og kraftutstyr som konverterer energien til vann som beveger seg under trykk til mekanisk rotasjonsenergi, som igjen omdannes til elektrisk energi.

Trykket i et vannkraftverk skapes av konsentrasjonen av elvens fall i området som brukes av demningen, eller avledning, eller en demning og avledning sammen. Hovedkraftutstyret til vannkraftverket er plassert i vannkraftverksbygningen: i turbinrommet til kraftverket - hydrauliske enheter, hjelpeutstyr; automatisk kontroll- og overvåkingsutstyr; i den sentrale kontrollposten - operatør-ekspeditørkonsoll eller biloperatør av et vannkraftverk.Økende transformatorstasjon Den ligger både inne i vannkraftverksbygningen og i separate bygninger eller i åpne områder. Koblingsutstyr ofte plassert i et åpent område. Et vannkraftverksbygg kan deles inn i seksjoner med en eller flere enheter og hjelpeutstyr, atskilt fra tilstøtende deler av bygget. Det opprettes en installasjonsplass ved eller inne i vannkraftverksbygningen for montering og reparasjon av diverse utstyr og for hjelpeoperasjoner for vedlikehold av vannkraftverket.

I henhold til installert kapasitet (i MW) skille mellom vannkraftverk kraftig(over 250), gjennomsnitt(opptil 25) og liten(opptil 5). Kraften til et vannkraftverk avhenger av trykket (forskjellen mellom nivåene oppstrøms og nedstrøms ), vannstrøm som brukes i hydrauliske turbiner og effektiviteten til den hydrauliske enheten. Av en rekke årsaker (på grunn av for eksempel sesongmessige endringer i vannstanden i reservoarer, svingninger i kraftsystemets belastning, reparasjoner av hydrauliske enheter eller hydrauliske konstruksjoner osv.), endres trykket og vannstrømmen kontinuerlig. , og i tillegg endres strømningen ved regulering av kraften til et vannkraftverk. Det er årlige, ukentlige og daglige sykluser for drift av vannkraftverk.

Basert på maksimalt brukt trykk er vannkraftverk delt inn i høytrykk(mer enn 60 m), middels trykk(fra 25 til 60 m) Og lavtrykk(fra 3 til 25 m). På lavlandselver overstiger trykket sjelden 100 m, under fjellforhold kan en demning skape trykk på opptil 300 m og mer, og ved hjelp av avledning - opptil 1500 m. Inndelingen av vannkraftverk etter trykket som brukes er av omtrentlig, betinget karakter.

I henhold til mønsteret for vannressursbruk og trykkkonsentrasjon er vannkraftverk vanligvis delt inn i kanal , demning , avledning med trykk- og ikke-trykkavledning, blandet, pumpet lager Og tidevann .

I elveløp og dambaserte vannkraftverk skapes vanntrykket av en demning som blokkerer elva og hever vannstanden i det øvre bassenget. Samtidig er noe oversvømmelse av elvedalen uunngåelig. Vannkraftverk i elveløp og damside bygges både på lavtliggende høyvannselver og på fjellelver, i trange komprimerte daler. Elvekraftverk er preget av trykk opp til 30-40 m.

Ved høyere trykk viser det seg å være uaktuelt å overføre hydrostatisk vanntrykk til vannkraftverksbygningen. I dette tilfellet brukes typen demning Et vannkraftverk, hvor trykkfronten er blokkert i hele sin lengde av en demning, og vannkraftverksbygningen ligger bak demningen, ligger i tilknytning til halevannet.

En annen type layout oppdemmet Vannkraftverket tilsvarer fjellforhold med relativt lave elveføringer.

BRUK AV ELEKTRISITET PÅ ULIKE VITENSKAPSOMRÅDER
OG VITENSKAPENS PÅVIRKNING PÅ BRUK AV ELEKTRISITET I LIVET

Det tjuende århundre ble århundret da vitenskapen invaderer alle sfærer av det sosiale livet: økonomi, politikk, kultur, utdanning, etc. Naturligvis påvirker vitenskapen direkte utviklingen av energi og anvendelsesområdet for elektrisitet. På den ene siden bidrar vitenskapen til å utvide bruksområdet for elektrisk energi og dermed øke forbruket, men på den andre siden, i en tid hvor ubegrenset bruk av ikke-fornybare energiressurser utgjør en fare for fremtidige generasjoner, haster det. Vitenskapens oppgaver er utvikling av energisparende teknologier og implementering av dem i livet.

La oss se på disse spørsmålene ved å bruke spesifikke eksempler. Omtrent 80 % av veksten i BNP (bruttonasjonalprodukt) i utviklede land oppnås gjennom teknisk innovasjon, hvorav hoveddelen er knyttet til bruk av elektrisitet. Alt nytt innen industri, landbruk og hverdagsliv kommer til oss takket være nye utviklinger innen ulike vitenskapsgrener.

De fleste vitenskapelige utviklinger begynner med teoretiske beregninger. Men hvis disse beregningene på 1800-tallet ble gjort ved hjelp av penn og papir, så i STR-tiden (vitenskapelig og teknologisk revolusjon) blir alle teoretiske beregninger, utvalg og analyse av vitenskapelige data, og til og med språklig analyse av litterære verk gjort ved hjelp av datamaskiner (elektroniske datamaskiner), som opererer på elektrisk energi, som er mest praktisk for å overføre den over en avstand og bruke den. Men hvis datamaskiner i utgangspunktet ble brukt til vitenskapelige beregninger, har nå datamaskiner kommet fra vitenskapen til livet.

Nå brukes de på alle områder av menneskelig aktivitet: for å registrere og lagre informasjon, lage arkiver, forberede og redigere tekster, utføre tegning og grafisk arbeid, automatisere produksjon og landbruk. Elektronisering og automatisering av produksjonen er de viktigste konsekvensene av den "andre industrielle" eller "mikroelektroniske" revolusjonen i økonomiene i utviklede land. Utviklingen av kompleks automatisering er direkte relatert til mikroelektronikk, et kvalitativt nytt stadium som begynte etter oppfinnelsen i 1971 av mikroprosessoren - en mikroelektronisk logisk enhet innebygd i forskjellige enheter for å kontrollere driften.

Mikroprosessorer har akselerert veksten av robotikk. De fleste robotene som brukes i dag tilhører den såkalte første generasjonen og brukes til sveising, skjæring, pressing, belegg m.m. Andre generasjons roboter som erstatter dem er utstyrt med enheter for å gjenkjenne miljøet. Og tredje generasjons «intelligente» roboter vil «se», «føle» og «høre». Forskere og ingeniører nevner atomenergi, romutforskning, transport, handel, lager, medisinsk behandling, avfallsbehandling og utvikling av havbunnens rikdommer blant de høyest prioriterte områdene for bruk av roboter. Flertallet av roboter opererer på elektrisk energi, men økningen i elektrisitetsforbruket til roboter kompenseres av en reduksjon i energikostnadene i mange energikrevende produksjonsprosesser på grunn av innføring av mer rasjonelle metoder og nye energibesparende teknologiske prosesser.

Men la oss gå tilbake til vitenskapen. All ny teoretisk utvikling etter databeregninger testes eksperimentelt. Og som regel utføres forskning på dette stadiet ved hjelp av fysiske målinger, kjemiske analyser, etc. Her er vitenskapelige forskningsverktøy mangfoldige - tallrike måleinstrumenter, akseleratorer, elektronmikroskoper, magnetisk resonansavbildningsskannere, etc. Hoveddelen av disse instrumentene for eksperimentell vitenskap er drevet av elektrisk energi.

Men vitenskapen bruker ikke bare elektrisitet i sine teoretiske og eksperimentelle felt, det oppstår stadig vitenskapelige ideer i det tradisjonelle fysikkfeltet knyttet til mottak og overføring av elektrisitet. Forskere prøver for eksempel å lage elektriske generatorer uten roterende deler. I konvensjonelle elektriske motorer må likestrøm tilføres rotoren for at det skal oppstå en "magnetisk kraft". Elektrisk strøm må tilføres en elektromagnet som "fungerer som en rotor" (rotasjonshastigheten når tre tusen omdreininger per minutt) gjennom ledende karbonbørster og ringer, som gnis mot hverandre og slites lett ut. Fysikere kom opp med ideen om å erstatte rotoren med en stråle av varme gasser, en plasmastråle, der det er mange frie elektroner og ioner. Hvis du passerer en slik stråle mellom polene til en sterk magnet, vil det i henhold til loven om elektromagnetisk induksjon oppstå en elektrisk strøm i den - tross alt beveger strålen seg. Elektrodene, ved hjelp av hvilken strøm må fjernes fra den varme strålen, kan være stasjonære, i motsetning til karbonbørstene til konvensjonelle elektriske installasjoner. En ny type elektrisk maskin kalles en magnetohydrodynamisk generator.

På midten av det tjuende århundre skapte forskere en original elektrokjemisk generator, kalt en brenselcelle. To gasser tilføres elektrodeplatene til brenselcellen - hydrogen og oksygen. På platinaelektroder avgir gasser elektroner til en ekstern elektrisk krets, blir ioner og blir til vann når de kombineres. Både strøm og vann hentes fra gassbrensel. En praktisk, stillegående og ren strømkilde for langdistansereiser, for eksempel plass, hvor det er spesielt behov for begge brenselcelleproduktene.

En annen original måte å generere elektrisitet på, som har blitt utbredt i det siste, er å konvertere solenergi til elektrisk energi "direkte" - ved hjelp av fotovoltaiske installasjoner (solbatterier). Fremveksten av "solhus", "soldrivhus", "solfarmer" er assosiert med dem. Slike solcellepaneler brukes også i verdensrommet for å gi strøm til romskip og stasjoner.

Vitenskap innen kommunikasjon og kommunikasjon utvikler seg veldig raskt. Satellittkommunikasjon brukes ikke lenger bare som et middel for internasjonal kommunikasjon, men også i hverdagen – parabolantenner er ikke uvanlig i byen vår. Nye kommunikasjonsmidler, som fiberteknologi, kan redusere energitapene betydelig i prosessen med å sende signaler over lange avstander.

Vitenskapen har ikke gått utenom ledelsens sfære. Etter hvert som vitenskapelig og teknologisk fremgang utvikler seg og produksjons- og ikke-produksjonssfærene for menneskelig aktivitet utvides, begynner ledelsen å spille en stadig viktigere rolle for å øke effektiviteten. Fra en slags kunst, som inntil nylig var basert på erfaring og intuisjon, har ledelse i dag blitt til en vitenskap. Vitenskapen om ledelse, de generelle lovene for mottak, lagring, overføring og behandling av informasjon kalles kybernetikk. Dette begrepet kommer fra de greske ordene "styrmann", "styrmann". Det finnes i verkene til gamle greske filosofer. Imidlertid skjedde dens gjenfødelse faktisk i 1948, etter utgivelsen av boken "Cybernetics" av den amerikanske vitenskapsmannen Norbert Wiener.

Før starten av den "kybernetiske" revolusjonen var det bare papirdatavitenskap, hvor den viktigste måten å oppfatte på var den menneskelige hjernen, og som ikke brukte elektrisitet. Den "kybernetiske" revolusjonen fødte en fundamentalt annerledes en - maskininformatikk, tilsvarende de gigantisk økte informasjonsstrømmene, energikilden som er elektrisitet. Helt nye måter å innhente informasjon på, dens akkumulering, prosessering og overføring er skapt, som til sammen danner en kompleks informasjonsstruktur. Det inkluderer automatiserte kontrollsystemer (automatiserte kontrollsystemer), informasjonsdatabanker, automatiserte informasjonsdatabaser, datasentre, videoterminaler, kopi- og fototelegrafmaskiner, nasjonale informasjonssystemer, satellitt- og høyhastighets fiberoptiske kommunikasjonssystemer - alt dette har utvidet seg ubegrenset omfanget av strømbruk.

Mange forskere tror at vi i dette tilfellet snakker om en ny "informasjons" sivilisasjon, som erstatter den tradisjonelle organisasjonen av et industrielt samfunn. Denne spesialiseringen er preget av følgende viktige funksjoner:

· utbredt bruk av informasjonsteknologi i materiell og ikke-materiell produksjon, innen vitenskap, utdanning, helsevesen, etc.;

· tilstedeværelsen av et bredt nettverk av forskjellige databanker, inkludert offentlige;

· gjøre informasjon til en av de viktigste faktorene i økonomisk, nasjonal og personlig utvikling;

· fri sirkulasjon av informasjon i samfunnet.

En slik overgang fra et industrisamfunn til en "informasjonssivilisasjon" ble mulig i stor grad takket være utviklingen av energi og tilveiebringelsen av en praktisk type energi for overføring og bruk - elektrisk energi.

ELEKTRISITET I PRODUKSJON

Det moderne samfunnet kan ikke tenkes uten elektrifisering av produksjonsaktiviteter. Allerede på slutten av 80-tallet ble mer enn 1/3 av alt energiforbruk i verden utført i form av elektrisk energi. Ved begynnelsen av neste århundre kan denne andelen øke til 1/2. Denne økningen i elektrisitetsforbruket er først og fremst knyttet til en økning i forbruket i industrien. Hovedtyngden av industribedrifter driver med elektrisk energi. Høyt strømforbruk er typisk for energiintensive industrier som metallurgi, aluminium og maskinteknikk.

Dette reiser problemet med effektiv bruk av denne energien. Ved overføring av elektrisitet over lange avstander, fra produsent til forbruker, øker varmetapene langs overføringslinjen proporsjonalt med kvadratet av strømmen, d.v.s. hvis strømmen dobles, øker varmetapene 4 ganger. Derfor er det ønskelig at strømmen i linjene er liten. For å gjøre dette økes spenningen på overføringslinjen. Elektrisitet overføres gjennom linjer hvor spenningen når hundretusenvis av volt. I nærheten av byer som mottar energi fra overføringslinjer, heves denne spenningen til flere tusen volt ved hjelp av en nedtrappingstransformator. I selve byen, ved transformatorstasjoner, faller spenningen til 220 volt.

Landet vårt okkuperer et stort territorium, nesten 12 tidssoner. Dette betyr at mens strømforbruket i noen regioner er på sitt maksimale, i andre er arbeidsdagen allerede avsluttet og forbruket synker. For rasjonell bruk av elektrisitet generert av kraftverk, er de forent til elektriske kraftsystemer i individuelle regioner: den europeiske delen, Sibir, Ural, Fjernøsten, etc. Denne foreningen muliggjør mer effektiv bruk av elektrisitet ved å koordinere driften av individuelle kraftverk. Nå er ulike energisystemer forent til et enkelt energisystem i Russland.

Den neste muligheten for effektiv bruk er å redusere energiforbruket ved å bruke energisparende teknologier og moderne utstyr som bruker et minimum av elektrisitet. Et eksempel på dette vil være stålproduksjon. Hvis hovedmetoden for stålsmelting på 60-tallet var åpen ildmetode (72% av all smelting), ble denne smelteteknologien på 90-tallet erstattet av mer effektive metoder: oksygenkonvertering og stålproduksjon i elektrisk ovn.

LITTERATUR:

1. Koltun M. Fysikkens verden: Vitenskapelig og kunstnerisk litteratur. - M.: Det. lit., 1984.- 271 s.

2. Maksakovsky V.P. Geografisk bilde av verden. Del 1. Generelle kjennetegn ved verden. - Yaroslavl: Verkh.-Volzh. bok forlag, 1995.- 320 s.

3. Ellion L., Wilkons U. Physics. - M.: Nauka, 1967.- 808 s.

4. Encyclopedic Dictionary of a Young Physicist / Comp. V.A. Chuyanov. - M.: Pedagogikk, 1984.- 352 s.

I vår tid er nivået på energiproduksjon og -forbruk en av de viktigste indikatorene på utviklingen av produksjonskreftene i samfunnet. Den ledende rollen her spilles av elektrisitet - den mest universelle og praktiske formen for energi. Hvis energiforbruket i verden dobles på ca. 25 år, så skjer det en økning i strømforbruket med 2 ganger i gjennomsnitt på 10 år. Det betyr at stadig flere energikrevende prosesser konverteres til elektrisitet.

Kraftproduksjon. Elektrisitet produseres ved store og små kraftverk hovedsakelig ved hjelp av elektromekaniske induksjonsgeneratorer. Det er to hovedtyper kraftverk: termiske og vannkraftverk. Disse kraftverkene er forskjellige i motorene som roterer generatorrotorene.

Ved termiske kraftverk er energikilden drivstoff: kull, gass, olje, fyringsolje, oljeskifer. Rotorene til elektriske generatorer drives av damp- og gassturbiner eller forbrenningsmotorer. De mest økonomiske er store termiske dampturbinkraftverk (forkortet TPP). De fleste termiske kraftverk i vårt land bruker kullstøv som brensel. For å generere 1 kW. timer med strøm, forbrukes flere hundre gram kull. I en dampkjele overføres over 90 % av energien som frigjøres av brenselet til damp. I turbinen overføres den kinetiske energien til dampstrålene til rotoren. Turbinakselen er stivt forbundet med generatorakselen. Dampturbogeneratorer er veldig raske: rotorhastigheten er flere tusen per minutt.

Fra fysikkkurset i 10. klasse er det kjent at effektiviteten til varmemotorer øker med økende temperatur på varmeren og følgelig starttemperaturen til arbeidsvæsken (damp, gass). Derfor bringes dampen som kommer inn i turbinen til høye parametere: temperatur - nesten 550 ° C og trykk - opptil 25 MPa. Effektiviteten til termiske kraftverk når 40%. Det meste av energien går tapt sammen med den varme eksosdampen.

Termiske kraftverk - de såkalte kombinerte varme- og kraftverkene (CHP) - gjør at en betydelig del av energien fra avfallsdamp kan brukes i industribedrifter og til husbehov (til oppvarming og varmtvannsforsyning). Som et resultat når effektiviteten til det termiske kraftverket 60-70%. For tiden i Russland gir termiske kraftverk omtrent 40 % av all elektrisitet og forsyner hundrevis av byer med strøm og varme.

Vannkraftverk (HPP) bruker den potensielle energien til vann til å rotere generatorrotorer. Rotorene til elektriske generatorer drives av hydrauliske turbiner. Kraften til en slik stasjon avhenger av forskjellen i vannstanden som skapes av demningen (trykket) og av vannmassen som passerer gjennom turbinen hvert sekund (vannstrømmen).

Kjernekraftverk (NPP) spiller en betydelig rolle i energisektoren. For tiden gir kjernekraftverk i Russland omtrent 10% av elektrisiteten.

Hovedtyper av kraftverk

Termiske kraftverk bygges raskt og billig, men det er mange skadelige utslipp til miljøet og naturlige reserver av energiressurser er begrenset.

Vannkraftverk tar lengre tid å bygge og er dyrere; elektrisitetskostnaden er minimal, men fruktbare land er oversvømmet og bygging er bare mulig på visse steder.

Atomkraftverk tar lang tid å bygge og er dyre, men elektrisitet er billigere enn termiske kraftverk, den skadelige påvirkningen på miljøet er ikke betydelig (hvis de drives riktig), men krever deponering av radioaktivt avfall.

Elektrisitetsbruk

Hovedforbrukeren av elektrisitet er industrien, som står for om lag 70 % av elektrisiteten som produseres. Transport er også en stor forbruker. Stadig flere jernbanelinjer bygges om til elektrisk trekkraft. Nesten alle landsbyer og landsbyer mottar strøm fra kraftverk for industrielle og husholdningsbehov. Alle vet om bruken av elektrisitet til belysning av boliger og i elektriske husholdningsapparater.

Mesteparten av elektrisiteten som brukes blir nå omdannet til mekanisk energi. Nesten alle maskiner i industrien drives av elektriske motorer. De er praktiske, kompakte og gir mulighet for automatisering av produksjonen.

Omtrent en tredjedel av elektrisiteten som forbrukes av industrien brukes til teknologiske formål (elektrisk sveising, elektrisk oppvarming og smelting av metaller, elektrolyse, etc.).

Moderne sivilisasjon er utenkelig uten den utbredte bruken av elektrisitet. Avbrudd i strømforsyningen til en stor by og til og med små landsbyer i tilfelle en ulykke lammer livene deres.

Elektrisitetsoverføring

Strømforbrukere er overalt. Den produseres på relativt få steder i nærheten av drivstoff- og vannressurser. Elektrisitet kan ikke spares i stor skala. Den må konsumeres umiddelbart etter mottak. Derfor er det behov for å overføre elektrisitet over lange avstander.

Overføringen av elektrisitet er forbundet med merkbare tap, da den elektriske strømmen varmer opp ledningene til kraftledningene. I samsvar med Joule-Lenz-loven bestemmes energien som brukes på oppvarming av linjetrådene av formelen Q = I2Rt hvor R er linjemotstanden.

Hvis ledningslengden er veldig lang, kan energioverføring bli økonomisk ulønnsomt. Det er praktisk talt veldig vanskelig å redusere motstanden til linjen R betydelig. Du må redusere strømmen.

Derfor installeres step-up transformatorer ved store kraftverk. Transformatoren øker spenningen i ledningen like mange ganger som den reduserer strømmen.

Jo lengre overføringslinjen er, jo mer fordelaktig er det å bruke en høyere spenning. Således, i høyspentoverføringslinjen Volzhskaya HPP - Moskva og noen andre, brukes en spenning på 500 kV. I mellomtiden er vekselstrømgeneratorer satt til spenninger som ikke overstiger 16-20 kV. Høyere spenninger vil kreve komplekse spesialtiltak for å isolere viklingene og andre deler av generatorene.

Vanligvis utføres en reduksjon i spenning og følgelig en økning i strøm i flere trinn. På hvert trinn blir spenningen mindre og mindre, og territoriet som dekkes av det elektriske nettverket blir bredere.

Hvis spenningen er veldig høy, kan en utladning begynne mellom ledningene, noe som fører til energitap. Den tillatte amplituden til vekselspenningen må være slik at for et gitt tverrsnittsareal av ledningen er energitapene på grunn av utladningen ubetydelige.

Elektriske kraftstasjoner i en rekke regioner i landet er forbundet med høyspentledninger, og danner et felles elektrisk nettverk som forbrukerne er koblet til. Denne kombinasjonen, kalt et strømnett, gjør det mulig å jevne ut toppbelastninger av energiforbruk om morgenen og kvelden. Kraftsystemet sikrer uavbrutt energitilførsel til forbrukere uavhengig av hvor de befinner seg. Nå er nesten hele territoriet til landet vårt forsynt med elektrisitet av integrerte energisystemer. Unified Energy System i den europeiske delen av landet er i drift.

Elektrisitetsproduksjon spiller en stor rolle i verden i disse dager. Det er kjernen i statsøkonomien i ethvert land. Enorme summer investeres årlig i produksjon og bruk av elektrisitet og relatert vitenskapelig forskning. I hverdagen står vi hele tiden overfor handlingen, så en moderne person må ha en ide om de grunnleggende prosessene for produksjon og forbruk.

Hvordan får du strøm?

Elektrisitet produseres fra andre typer elektrisitet ved hjelp av spesielle enheter. For eksempel fra kinetic. Til dette formålet brukes en generator - en enhet som konverterer mekanisk arbeid til elektrisk energi.

Andre eksisterende metoder for å oppnå det er for eksempel å konvertere stråling fra lysområdet med fotoceller eller et solbatteri. Eller produksjon av elektrisitet gjennom en kjemisk reaksjon. Eller bruke potensialet til radioaktivt forfall eller kjølevæske.

Det produseres ved kraftverk, som kan være hydraulisk, kjernefysisk, termisk, sol, vind, geotermisk, etc. I utgangspunktet fungerer de alle i henhold til samme skjema - takket være energien til den primære bæreren, genererer en viss enhet mekanisk (rotasjonsenergi), som deretter overføres til en spesiell generator, der elektrisk strøm genereres.

Hovedtyper av kraftverk

Produksjon og distribusjon av elektrisitet i de fleste land utføres gjennom bygging og drift av termiske kraftverk - termiske kraftverk. Driften deres krever en stor tilførsel av organisk drivstoff, betingelsene for utvinning blir mer kompliserte fra år til år, og kostnadene øker. Drii termiske kraftverk er ikke for høy (innenfor 40%), og mengden miljøforurensende avfall er stor.

Alle disse faktorene reduserer mulighetene for denne produksjonsmetoden.

Den mest økonomiske produksjonen av elektrisitet er fra vannkraftverk (HPP). Effektiviteten deres når 93%, kostnaden på 1 kW/t er fem ganger billigere enn andre metoder. Den naturlige energikilden til slike stasjoner er praktisk talt uuttømmelig, antallet arbeidere er minimalt, og de er enkle å administrere. Vårt land er en anerkjent leder i utviklingen av denne industrien.

Dessverre er utviklingstakten begrenset av de alvorlige kostnadene og de lange byggetidene til vannkraftverk knyttet til deres avstand fra store byer og motorveier, sesongregimet til elver og vanskelige driftsforhold.

I tillegg forverrer gigantiske reservoarer miljøsituasjonen - de oversvømmer verdifulle landområder rundt reservoarene.

Bruk av kjernekraft

I dag utføres produksjon, overføring og bruk av elektrisitet av kjernekraftverk - NPP. De er designet etter nesten samme prinsipp som termiske.

Deres største fordel er den lille mengden drivstoff som kreves. Et kilo anriket uran tilsvarer i produktivitet 2,5 tusen tonn kull. Det er grunnen til at atomkraftverk teoretisk sett kan bygges i alle områder, uavhengig av tilgjengeligheten av nærliggende drivstoffressurser.

For tiden er reservene av uran på planeten mye større enn mineralbrensel, og atomkraftverkenes påvirkning på miljøet er minimal, forutsatt at det er problemfri drift.

En stor og alvorlig ulempe med atomkraftverk er sannsynligheten for en forferdelig ulykke med uforutsigbare konsekvenser, og derfor kreves det svært alvorlige sikkerhetstiltak for uavbrutt drift. I tillegg er produksjonen av elektrisitet ved atomkraftverk vanskelig å regulere – det vil ta flere uker både å starte dem og å stoppe dem fullstendig. Og det finnes praktisk talt ingen teknologier for resirkulering av farlig avfall.

Hva er en elektrisk generator

Produksjon og overføring av elektrisitet er mulig takket være en elektrisk generator. Dette er en enhet for å konvertere alle typer energi (termisk, mekanisk, kjemisk) til elektrisk energi. Prinsippet for driften er basert på prosessen med elektromagnetisk induksjon. EMF induseres i en leder som beveger seg i et magnetfelt og krysser dens magnetiske kraftlinjer. Dermed kan lederen tjene som en kilde til elektrisitet.

Grunnlaget for enhver generator er et system av elektromagneter som danner et magnetfelt og ledere som krysser det. De fleste vekselstrømgeneratorer er basert på påføring av et roterende magnetfelt. Dens stasjonære del kalles statoren, og den bevegelige delen kalles rotoren.

Transformator konsept

En transformator er en elektromagnetisk statisk enhet designet for å konvertere ett strømsystem til et annet (sekundær) ved hjelp av elektromagnetisk induksjon.

De første transformatorene i 1876 ble foreslått av P. N. Yablochkov. I 1885 utviklet ungarske forskere industrielle enfase-enheter. I 1889-1891. Trefasetransformatoren ble oppfunnet.

Den enkleste enfasetransformatoren består av en stålkjerne og et par viklinger. De brukes til distribusjon og overføring av elektrisitet, fordi kraftstasjonsgeneratorer produserer den ved spenninger fra 6 til 24 kW. Det er lønnsomt å overføre det til store verdier (fra 110 til 750 kW). For dette formålet installeres step-up transformatorer ved kraftverk.

Hvordan brukes elektrisitet?

Brorparten går til å levere strøm til industribedrifter. Produksjonen bruker opptil 70 % av all elektrisitet som produseres i landet. Dette tallet varierer betydelig for enkelte regioner avhengig av klimatiske forhold og nivået på industriell utvikling.

En annen utgiftspost er tilbudet av elbiler. By-, intercity- og industrielle understasjoner for elektrisk transport som bruker likestrøm opererer fra EPS-strømnett. For AC-transport benyttes nedtrappingsstasjoner som også bruker strøm fra kraftverk.

En annen sektor av elektrisitetsforbruk er verktøy. Forbrukerne her er bygninger i boligområder i eventuelle bygder. Dette er hus og leiligheter, administrasjonsbygg, butikker, utdanningsinstitusjoner, vitenskap, kultur, helsevesen, offentlig servering, etc.

Hvordan skjer strømoverføring?

Produksjon, overføring og bruk av elektrisitet er industriens tre pilarer. Dessuten er overføring av den mottatte kraften til forbrukerne den vanskeligste oppgaven.

Den "reiser" hovedsakelig gjennom kraftledninger - luftledninger. Selv om kabellinjer begynner å bli brukt oftere og oftere.

Elektrisitet genereres av kraftige enheter av gigantiske kraftverk, og forbrukerne er relativt små mottakere spredt over et stort territorium.

Det er en tendens til å konsentrere kraften på grunn av at de relative kostnadene ved å bygge kraftverk, og dermed kostnadene for den resulterende kilowattimen, reduseres med økningen.

Samlet energikompleks

En rekke faktorer påvirker beslutningen om å lokalisere et stort kraftverk. Dette er typen og mengden av tilgjengelige ressurser, tilgjengelighet for transport, klimatiske forhold, inkludering i et enkelt energisystem, etc. Oftest bygges kraftverk langt fra store sentre for energiforbruk. Effektiviteten til overføringen over betydelige avstander påvirker den vellykkede driften av et enkelt energikompleks over et stort territorium.

Produksjon og overføring av elektrisitet må skje med et minimum av tap, hovedårsaken til dette er oppvarmingen av ledningene, det vil si en økning i lederens indre energi. For å opprettholde kraft som overføres over lange avstander, er det nødvendig å øke spenningen proporsjonalt og redusere strømmen i ledningene.

Hva er en kraftledning

Matematiske beregninger viser at mengden varmetap i ledninger er omvendt proporsjonal med kvadratet av spenningen. Det er derfor elektrisitet overføres over lange avstander ved hjelp av kraftledninger - høyspentledninger. Mellom ledningene deres utgjør spenningen titalls, og noen ganger hundretusenvis av volt.

Kraftverk som ligger nær hverandre er kombinert til et enkelt energisystem ved hjelp av kraftledninger. Elektrisitetsproduksjon i Russland og dens overføring utføres gjennom et sentralisert energinettverk, som inkluderer et stort antall kraftverk. Samlet systemkontroll garanterer en konstant tilførsel av strøm til forbrukerne.

Litt historie

Hvordan ble et enhetlig elektrisk nettverk dannet i vårt land? La oss prøve å se inn i fortiden.

Frem til 1917 ble elektrisitetsproduksjonen i Russland utført i et utilstrekkelig tempo. Landet sakket etter sine utviklede naboer, noe som påvirket økonomien og forsvarsevnen negativt.

Etter oktoberrevolusjonen ble prosjektet for elektrifisering av Russland utviklet av Statens kommisjon for elektrifisering av Russland (forkortet GOELRO), ledet av G. M. Krzhizhanovsky. Mer enn 200 forskere og ingeniører samarbeidet med henne. Kontroll ble utført personlig av V.I. Lenin.

I 1920 ble "Elektrifiseringsplanen til RSFSR" utarbeidet, designet for 10-15 år. Det inkluderte restaurering av det tidligere energisystemet og bygging av 30 nye kraftverk utstyrt med moderne turbiner og kjeler. Hovedideen med planen er å bruke gigantiske innenlandske vannkraftressurser. Elektrifisering og radikal gjenoppbygging av hele den nasjonale økonomien ble sett for seg. Det ble lagt vekt på vekst og utvikling av landets tungindustri.

Den berømte GOERLO-planen

Siden 1947 har USSR blitt Europas første og verdens andre produsent av elektrisitet. Det var takket være GOELRO-planen at hele den innenlandske økonomien ble dannet på kortest mulig tid. Produksjonen og forbruket av elektrisitet i landet har nådd et kvalitativt nytt nivå.

Oppfyllelse av planen ble mulig takket være en kombinasjon av flere viktige faktorer: det høye nivået av landets vitenskapelige personell, Russlands materielle potensiale bevart fra førrevolusjonære tider, sentralisering av politisk og økonomisk makt, evnen til det russiske folket å tro på "toppene" og legemliggjøre de proklamerte ideene.

Planen beviste effektiviteten til det sovjetiske systemet med sentralisert makt og regjering.

Planlegg resultater

I 1935 ble det vedtatte programmet implementert og overskredet. Det ble bygget 40 kraftverk i stedet for planlagte 30, og det ble innført nesten tre ganger mer kapasitet enn det som var lagt opp til etter planen. Det ble bygget 13 kraftverk med en kapasitet på 100 tusen kW hver. Den totale kapasiteten til russiske vannkraftverk var rundt 700 000 kW.

I løpet av disse årene ble de største objektene av strategisk betydning reist, for eksempel den verdensberømte vannkraftstasjonen Dnepr. Når det gjelder totale indikatorer, overgikk det enhetlige sovjetiske energisystemet lignende systemer i de mest utviklede landene i den nye og gamle verden. Elektrisitetsproduksjonen i europeiske land i disse årene lå betydelig bak USSR-indikatorene.

Bygdeutvikling

Hvis det før revolusjonen praktisk talt ikke var elektrisitet i landsbyene i Russland (små kraftverk installert av store grunneiere teller ikke), så med implementeringen av GOELRO-planen, takket være bruken av elektrisitet, fikk landbruket en ny drivkraft til utvikling . Elektriske motorer dukket opp i møller, sagbruk og kornrensemaskiner, noe som bidro til moderniseringen av industrien.

I tillegg kom elektrisitet godt inn i byens og landsbyboernes liv, og bokstavelig talt rev "det mørke Russland" ut av mørket.

i fysikk

om temaet "Produksjon, overføring og bruk av elektrisitet"

11. klasse A-elever

Kommunal utdanningsinstitusjon nr. 85

Catherine.

Abstrakt plan.

Introduksjon.

1. Elektrisitetsproduksjon.

1. typer kraftverk.

2. alternative energikilder.

2. Elektrisitetsoverføring.

transformatorer.

3. Strømbruk.

Introduksjon.

Kraftproduksjon.

Typer kraftverk.

Effektiviteten til termiske kraftverk når 60-70%. Slike stasjoner bygges vanligvis i nærheten av forbrukere - industribedrifter eller boligområder. Oftest går de på importert drivstoff.

Termiske stasjoner med gassturbin(GTPP), damp-gass(PHPP) og dieselanlegg.

En annen type layout oppdemmet Vannkraftverket tilsvarer fjellforhold med relativt lave elveføringer.

I avledning Vannkraftverkskonsentrasjon av elvefallet skapes gjennom avledning; vann i begynnelsen av den brukte delen av elven avledes fra elveleiet med en ledning med en helning betydelig mindre enn den gjennomsnittlige helningen til elven i denne delen og med utretting av svingene og svingene i kanalen. Enden av omkjøringen bringes til stedet for vannkraftverksbygningen. Avløpsvann føres enten tilbake til elva eller til neste avledningsvannkraftverk. Avledning er gunstig når elveskråningen er høy.

En spesiell plass blant vannkraftverk er okkupert av pumpekraftverk(PSPP) og tidevannskraftverk(PES). Byggingen av pumpekraftverk er drevet av den økende etterspørselen etter toppkraft i store energisystemer, som bestemmer generasjonskapasiteten som kreves for å dekke toppbelastninger. Pumpekraftverks evne til å akkumulere energi er basert på det faktum at fri elektrisk energi i kraftsystemet i en viss tidsperiode brukes av pumpekraftverksenheter, som i pumpemodus pumper vann fra reservoaret inn i det øvre lagringsbassenget. Under toppbelastningsperioder returneres den akkumulerte energien til kraftsystemet (vann fra det øvre bassenget kommer inn i trykkrørledningen og roterer hydrauliske enheter som fungerer som en strømgenerator).

PES konverterer energien fra tidevann til elektrisitet. Elektrisiteten til tidevannsvannkraftverk, på grunn av noen funksjoner knyttet til den periodiske naturen til flo og fjære, kan bare brukes i energisystemer i forbindelse med energien til reguleringskraftverk, som gjør opp for strømbruddene til tidevannskraftverk innen dager eller måneder.

Den viktigste egenskapen til vannkraftressurser sammenlignet med drivstoff- og energiressurser er deres kontinuerlige fornybarhet. Fraværet av drivstoffbehov for vannkraftverk bestemmer den lave kostnaden for elektrisitet generert av vannkraftverk. Derfor ble byggingen av vannkraftverk, til tross for betydelige spesifikke kapitalinvesteringer innen 1 kW installert kapasitet og lange byggeperioder var og tillegges stor betydning, spesielt når dette er knyttet til plassering av elektrisitetsintensiv industri.

Atomkraftverk (NPP), et kraftverk der atomenergi (atomkraft) omdannes til elektrisk energi. Energigeneratoren ved et atomkraftverk er en atomreaktor. Varmen som frigjøres i reaktoren som følge av en kjedereaksjon av fisjon av kjernene til noen tunge grunnstoffer, omdannes deretter til elektrisitet på samme måte som i konvensjonelle termiske kraftverk (TPP). I motsetning til termiske kraftverk som går på fossilt brensel, går kjernekraftverk på kjernebrensel(basert på 233 U, 235 U, 239 Pu). Det er fastslått at verdens energiressurser av kjernebrensel (uran, plutonium, etc.) betydelig overstiger energiressursene til naturreservene av organisk brensel (olje, kull, naturgass, etc.). Dette åpner for brede muligheter for å møte raskt økende drivstoffbehov. I tillegg er det nødvendig å ta hensyn til det stadig økende volumet av kull- og oljeforbruk til teknologiske formål i den globale kjemiske industrien, som er i ferd med å bli en seriøs konkurrent til termiske kraftverk. Til tross for oppdagelsen av nye forekomster av organisk brensel og forbedring av metoder for produksjon, er det en tendens i verden til en relativ økning i kostnadene. Dette skaper de vanskeligste forholdene for land med begrensede reserver av fossilt brensel. Det er et åpenbart behov for en rask utvikling av kjernekraft, som allerede inntar en fremtredende plass i energibalansen til en rekke industriland rundt om i verden.

Et skjematisk diagram av et kjernekraftverk med en vannkjølt atomreaktor er vist i fig. 2. Varme frigitt inn kjerne reaktor kjølevæske, tas inn av vann fra 1. krets som pumpes gjennom reaktoren av en sirkulasjonspumpe Oppvarmet vann fra reaktoren kommer inn i varmeveksleren (dampgenerator) 3, hvor den overfører varmen mottatt i reaktoren til vannet i 2. krets. Vannet i 2. krets fordamper i dampgeneratoren, og det dannes damp, som deretter kommer inn i turbinen 4.

Oftest brukes 4 typer termiske nøytronreaktorer på kjernekraftverk:

1) vann-vann med vanlig vann som moderator og kjølevæske;

2) grafittvann med vannkjølevæske og grafittmoderator;

3) tungtvann med vannkjølevæske og tungtvann som moderator;

4) graffito - gass med gasskjølevæske og grafittmoderator.

Valget av den overveiende brukte reaktortypen bestemmes hovedsakelig av den akkumulerte erfaringen i bærereaktoren, samt tilgjengeligheten av nødvendig industrielt utstyr, råvarereserver, etc.

Reaktoren og dens servicesystemer inkluderer: selve reaktoren med biologisk beskyttelse , varmevekslere, pumper eller gassblåsende enheter som sirkulerer kjølevæsken, rørledninger og armaturer for sirkulasjonskretsen, enheter for omlasting av kjernebrensel, spesielle ventilasjonssystemer, nødkjølesystemer, etc.

For å beskytte kjernekraftverkspersonell mot strålingseksponering, er reaktoren omgitt av biologisk skjerming, hvor hovedmaterialene er betong, vann og serpentinsand. Reaktorkretsutstyret må være fullstendig forseglet. Det er anordnet et system for å overvåke steder for mulige kjølevæskelekkasjer, det gjøres tiltak for å sikre at lekkasjer og brudd i kretsen ikke fører til radioaktive utslipp og forurensning av kjernekraftverkets lokaler og området rundt. Radioaktiv luft og en liten mengde kjølevæskedamp, på grunn av tilstedeværelsen av lekkasjer fra kretsen, fjernes fra uovervåkede rom i atomkraftverket ved hjelp av et spesielt ventilasjonssystem, der rensefiltre og holdegasstanker er utstyrt for å eliminere muligheten av luftforurensning. Overholdelse av strålesikkerhetsregler av NPP-personell overvåkes av dosimetrikontrolltjenesten.

Tilstedeværelsen av biologisk beskyttelse, spesielle ventilasjons- og nødkjølesystemer og en dosimetrisk overvåkingstjeneste gjør det mulig å fullstendig beskytte NPP-driftspersonell mot de skadelige effektene av radioaktiv stråling.

Kjernekraftverk, som er den mest moderne typen kraftverk, har en rekke betydelige fordeler i forhold til andre typer kraftverk: under normale driftsforhold forurenser de ikke miljøet i det hele tatt, krever ikke tilkobling til en råkilde. materialer og kan følgelig plasseres nesten hvor som helst. Nye kraftenheter har en kapasitet tilnærmet lik et gjennomsnittlig vannkraftverk, men installert effektutnyttelsesfaktor ved et kjernekraftverk (80 %) overstiger dette tallet betydelig for et vannkraftverk eller et termisk kraftverk.

NPP har praktisk talt ingen vesentlige ulemper under normale driftsforhold. Man kan imidlertid ikke unngå å legge merke til faren ved atomkraftverk under mulige force majeure-omstendigheter: jordskjelv, orkaner osv. - her utgjør gamle modeller av kraftenheter en potensiell fare for strålingsforurensning av territorier på grunn av ukontrollert overoppheting av reaktoren.

Alternative energikilder.

Solens energi.

Den siste tiden har interessen for problemet med bruk av solenergi økt kraftig, fordi de potensielle mulighetene for energi basert på bruk av direkte solstråling er ekstremt høye.

Den enkleste solfangeren er en svertet metallplate (vanligvis aluminium), der det er rør med væske som sirkulerer i den. Oppvarmet av solenergi absorbert av oppsamleren, blir væsken tilført for direkte bruk.

Solenergi er en av de mest materialkrevende energiproduksjonene. Storskala bruk av solenergi innebærer en gigantisk økning i behovet for materialer, og følgelig i arbeidsressurser for utvinning av råvarer, anrikning av disse, innhenting av materialer, produksjon av heliostater, samlere, annet utstyr og transport av disse.

Så langt er elektrisk energi generert av solens stråler mye dyrere enn den som oppnås med tradisjonelle metoder. Forskere håper at eksperimentene de vil gjennomføre ved pilotinstallasjoner og stasjoner vil bidra til å løse ikke bare tekniske, men også økonomiske problemer.

Vindkraft.

Energien til å bevege luftmasser er enorm. Vindenergireservene er mer enn hundre ganger større enn vannkraftreservene til alle elvene på planeten. Vinder blåser konstant og overalt på jorden. Klimatiske forhold tillater utvikling av vindenergi over et stort territorium.

Men i dag dekker vindmotorer bare en tusendel av verdens energibehov. Derfor er flyspesialister som vet hvordan de skal velge den mest passende bladprofilen og studere den i en vindtunnel, involvert i å lage designene til vindhjulet, hjertet i ethvert vindkraftverk. Gjennom innsatsen fra forskere og ingeniører har det blitt skapt et bredt utvalg av design av moderne vindturbiner.

Jordens energi.

Folk har lenge visst om de spontane manifestasjonene av gigantisk energi skjult i dypet av kloden. Minnet om menneskeheten inneholder legender om katastrofale vulkanutbrudd som krevde millioner av menneskeliv og endret utseendet til mange steder på jorden til det ugjenkjennelige. Kraften til utbruddet til selv en relativt liten vulkan er kolossal; den er mange ganger større enn kraften til de største kraftverkene skapt av menneskehender. Det er sant at det ikke er nødvendig å snakke om direkte bruk av energien til vulkanutbrudd; folk har ennå ikke evnen til å dempe dette opprørske elementet.

Jordens energi egner seg ikke bare til oppvarming av lokaler, slik tilfellet er på Island, men også til å generere elektrisitet. Kraftverk som bruker varme underjordiske kilder har vært i drift i lang tid. Det første slike kraftverk, fortsatt svært lavt strømforbruk, ble bygget i 1904 i den lille italienske byen Larderello. Gradvis vokste kraften til kraftverket, flere og flere nye enheter ble satt i drift, nye varmtvannskilder ble brukt, og i dag har kraften til stasjonen allerede nådd en imponerende verdi på 360 tusen kilowatt.

Elektrisitetsoverføring.

Transformatorer.

Du kjøpte et ZIL-kjøleskap. Selgeren advarte deg om at kjøleskapet er designet for en nettspenning på 220 V. Og i huset ditt er nettspenningen 127 V. En håpløs situasjon? Ikke i det hele tatt. Du må bare gjøre en ekstra kostnad og kjøpe en transformator.

Transformator- en veldig enkel enhet som lar deg både øke og redusere spenningen. Konverteringen av vekselstrøm utføres ved hjelp av transformatorer. Transformatorer ble først brukt i 1878 av den russiske forskeren P. N. Yablochkov for å drive de "elektriske lysene" han oppfant, en ny lyskilde på den tiden. P. N. Yablochkovs idé ble utviklet av Moskva-universitetets ansatt I. F. Usagin, som designet forbedrede transformatorer.

Transformatoren består av en lukket jernkjerne, på hvilken to (noen ganger flere) spoler med trådviklinger er plassert (fig. 1). En av viklingene, kalt primærviklingen, er koblet til en vekselspenningskilde. Den andre viklingen, som "lasten" er koblet til, det vil si instrumenter og enheter som forbruker strøm, kalles sekundær.

Driften av en transformator er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon. Når vekselstrøm passerer gjennom primærviklingen, oppstår en vekslende magnetisk fluks i jernkjernen, som eksiterer en indusert emk i hver vikling. Dessuten er den øyeblikkelige verdien av den induserte emf e V enhver sving på primær- eller sekundærviklingen i henhold til Faradays lov bestemmes av formelen:

e = - Δ F/ Δ t

Hvis F= Ф 0 сosωt, da

e = ω Ф 0 synd ω t , eller

e = E 0 synd ω t ,

Hvor E 0 = ω Ф 0 - amplitude av EMF i en omgang.

I primærviklingen, som har n 1 svinger, total indusert emf e 1 lik p 1 e.

I sekundærviklingen er det en total emf. e 2 lik p 2 e, Hvor n 2- antall omdreininger for denne viklingen.

Det følger at

e 1 e 2 = n 1 n 2 . (1)

Sum spenning u 1 , påført primærviklingen, og EMF e 1 skal være lik spenningsfallet i primærviklingen:

u 1 + e 1 = Jeg 1 R 1 , Hvor R 1 - aktiv motstand av viklingen, og Jeg 1 - nåværende styrke i den. Denne ligningen følger direkte av den generelle ligningen. Vanligvis er den aktive motstanden til viklingen liten og Jeg 1 R 1 kan neglisjeres. Derfor

u 1 ≈ -e 1 . (2)

Når sekundærviklingen til transformatoren er åpen, flyter ingen strøm i den, og følgende forhold gjelder:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Siden de øyeblikkelige verdiene til emf e 1 Og e 2 endring i fase, så kan deres forhold i formel (1) erstattes av forholdet mellom effektive verdier E 1 Og E 2 av disse EMF-ene eller, tatt i betraktning likheter (2) og (3), forholdet mellom effektive spenningsverdier U 1 og du 2 .

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

Omfanget k kalt transformasjonsforholdet. Hvis k>1, så trappes transformatoren ned, når k <1 - økende

Når sekundærviklingskretsen er lukket, flyter strøm i den. Deretter forholdet u 2 ≈ - e 2 er ikke lenger nøyaktig oppfylt, og følgelig forbindelsen mellom U 1 og du 2 blir mer kompleks enn i ligning (4).

I henhold til loven om bevaring av energi, må kraften i primærkretsen være lik kraften i sekundærkretsen:

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

Hvor Jeg 1 Og Jeg 2 - effektive kraftverdier i primær- og sekundærviklingene.

Det følger at

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

Dette betyr at ved å øke spenningen flere ganger ved hjelp av en transformator, reduserer vi strømmen like mye (og omvendt).

På grunn av de uunngåelige energitapene på grunn av varmefrigjøring i viklingene og jernkjerne, er ligningene (5) og (6) tilfredsstilt omtrentlig. Men i moderne kraftige transformatorer overstiger ikke de totale tapene 2-3%.

I hverdagen må vi ofte forholde oss til transformatorer. I tillegg til de transformatorene vi bruker frivillig på grunn av at industrielle enheter er designet for én spenning, og bynettet bruker en annen, må vi også forholde oss til bilspoler. Spolen er en step-up transformator. For å lage en gnist som tenner arbeidsblandingen, kreves det en høy spenning, som vi får fra bilbatteriet, etter først å ha konvertert batteriets likestrøm til vekselstrøm ved hjelp av en bryter. Det er ikke vanskelig å forstå det, opp til tapet av energi som brukes til å varme opp transformatoren, når spenningen øker, synker strømmen, og omvendt.

Sveisemaskiner krever nedtrappingstransformatorer. Sveising krever svært høye strømmer, og sveisemaskinens transformator har kun én utgangsomdreining.

Du har sikkert lagt merke til at transformatorkjernen er laget av tynne stålplater. Dette gjøres for ikke å miste energi under spenningskonvertering. I platemateriale vil virvelstrømmer spille en mindre rolle enn i fast materiale.

Hjemme har du å gjøre med små transformatorer. Når det gjelder kraftige transformatorer, er de enorme strukturer. I disse tilfellene plasseres kjernen med viklinger i en tank fylt med kjøleolje.

Elektrisitetsoverføring

Strømforbrukere er overalt. Den produseres på relativt få steder i nærheten av drivstoff- og vannressurser. Derfor er det behov for å overføre elektrisitet over avstander som noen ganger når hundrevis av kilometer.

Men å overføre elektrisitet over lange avstander er forbundet med merkbare tap. Faktum er at når strømmen flyter gjennom kraftledninger, varmer den dem opp. I samsvar med Joule-Lenz-loven bestemmes energien som brukes på oppvarming av ledningene til ledningen av formelen

hvor R er linjemotstanden. Med en stor linjelengde kan energioverføring bli generelt ulønnsomt. For å redusere tap, kan du selvfølgelig følge veien for å redusere motstanden R på linjen ved å øke tverrsnittsarealet til ledningene. Men for å redusere R, for eksempel med 100 ganger, må du øke ledningens masse også med 100 ganger. Det er klart at et så stort forbruk av dyrt ikke-jernholdig metall ikke kan tillates, for ikke å snakke om vanskelighetene med å feste tunge ledninger på høye master osv. Derfor reduseres energitapene i ledningen på en annen måte: ved å redusere strømmen i køen. For eksempel reduserer strømmen med 10 ganger mengden varme som frigjøres i lederne med 100 ganger, det vil si at man oppnår samme effekt som ved å gjøre ledningen hundre ganger tyngre.

Siden gjeldende kraft er proporsjonal med produktet av strøm og spenning, for å opprettholde den overførte kraften, er det nødvendig å øke spenningen i overføringslinjen. Dessuten, jo lengre overføringslinjen er, jo mer lønnsomt er det å bruke en høyere spenning. For eksempel, i høyspentoverføringslinjen Volzhskaya HPP - Moskva, brukes en spenning på 500 kV. I mellomtiden bygges vekselstrømgeneratorer for spenninger som ikke overstiger 16-20 kV, siden en høyere spenning vil kreve mer komplekse spesialtiltak for å isolere viklingene og andre deler av generatorene.

Det er derfor det installeres step-up transformatorer på store kraftverk. Transformatoren øker spenningen i ledningen like mye som den reduserer strømmen. Strømtapene er små.

For å bruke elektrisitet direkte i de elektriske drivmotorene til verktøymaskiner, i belysningsnettverket og til andre formål, må spenningen i endene av ledningen reduseres. Dette oppnås ved hjelp av nedtrappingstransformatorer. Dessuten skjer vanligvis en reduksjon i spenning og følgelig en økning i strøm i flere trinn. På hvert trinn blir spenningen mindre og mindre, og territoriet som dekkes av det elektriske nettverket blir bredere. Diagrammet over overføring og distribusjon av elektrisitet er vist i figuren.

Elektriske kraftstasjoner i en rekke regioner i landet er forbundet med høyspentledninger, og danner et felles strømnett som forbrukerne er koblet til. En slik forening kalles et kraftsystem. Kraftsystemet sikrer uavbrutt energitilførsel til forbrukere uavhengig av hvor de befinner seg.

Elektrisitetsbruk.

Bruk av elektrisk kraft i ulike vitenskapsfelt.

Mikroprosessorer har akselerert veksten av robotikk. De fleste av robotene som er i bruk i dag tilhører den såkalte første generasjonen, og brukes til sveising, skjæring, pressing, belegg m.m. Andre generasjons roboter som erstatter dem er utstyrt med enheter for å gjenkjenne miljøet. Og tredje generasjons «intellektuelle» roboter vil «se», «føle» og «høre». Forskere og ingeniører nevner atomenergi, romutforskning, transport, handel, lager, medisinsk behandling, avfallsbehandling og utvikling av havbunnens rikdommer blant de høyest prioriterte områdene for bruk av roboter. Flertallet av roboter opererer på elektrisk energi, men økningen i elektrisitetsforbruket til roboter kompenseres av en reduksjon i energikostnadene i mange energikrevende produksjonsprosesser på grunn av innføring av mer rasjonelle metoder og nye energibesparende teknologiske prosesser.

Før starten av den "kybernetiske" revolusjonen var det bare papirdatavitenskap, hvor den viktigste måten å oppfatte på var den menneskelige hjernen, og som ikke brukte elektrisitet. Den "kybernetiske" revolusjonen fødte en fundamentalt annen - maskininformatikk, tilsvarende de gigantisk økte informasjonsstrømmene, som energikilden er elektrisitet. Helt nye måter å innhente informasjon på, dens akkumulering, prosessering og overføring er skapt, som til sammen danner en kompleks informasjonsstruktur. Det inkluderer automatiserte kontrollsystemer (automatiserte kontrollsystemer), informasjonsdatabanker, automatiserte informasjonsdatabaser, datasentre, videoterminaler, kopi- og fototelegrafmaskiner, nasjonale informasjonssystemer, satellitt- og høyhastighets fiberoptiske kommunikasjonssystemer - alt dette har utvidet seg ubegrenset omfanget av strømbruk.

· utbredt bruk av informasjonsteknologi i materiell og ikke-materiell produksjon, innen vitenskap, utdanning, helsevesen, etc.;

· tilstedeværelsen av et bredt nettverk av forskjellige databanker, inkludert offentlige;

· gjøre informasjon til en av de viktigste faktorene i økonomisk, nasjonal og personlig utvikling;

· fri sirkulasjon av informasjon i samfunnet.

En slik overgang fra et industrisamfunn til en "informasjonssivilisasjon" ble i stor grad mulig på grunn av utviklingen av energi og tilveiebringelsen av en praktisk type energi for overføring og bruk - elektrisk energi.

Elektrisitet i produksjon.

Elektrisitet i hjemmet.

Elektrisitet er en viktig assistent i hverdagen. Hver dag har vi med henne å gjøre, og sannsynligvis kan vi ikke lenger forestille oss livet vårt uten henne. Husk sist gang lysene dine ble slått av, det vil si at det ikke kom strøm til huset ditt, husk hvordan du sverget at du ikke hadde tid til å gjøre noe og du trengte lys, du trengte en TV, en vannkoker og en haug med andre elektriske apparater. Tross alt, hvis vi skulle miste makten for alltid, ville vi ganske enkelt gå tilbake til de eldgamle tidene da maten ble tilberedt over bål og vi levde i kalde wigwams.

Et helt dikt kan vies til viktigheten av elektrisitet i livene våre, det er så viktig i livene våre og vi er så vant til det. Selv om vi ikke lenger merker at den kommer inn i hjemmene våre, blir den veldig ubehagelig når den er slått av.

Setter pris på strøm!

Bibliografi.

1. Lærebok av S.V. Gromov "Fysikk, 10. klasse". Moskva: Opplysningstiden.

2. Encyklopedisk ordbok for en ung fysiker. Sammensatt. V.A. Chuyanov, Moskva: Pedagogikk.

3. Ellion L., Wilkons U.. Fysikk. Moskva: Vitenskap.

4. Koltun M. Fysikkens verden. Moskva.

5. Energikilder. Fakta, problemer, løsninger. Moskva: Vitenskap og teknologi.

6. Ikke-tradisjonelle energikilder. Moskva: Kunnskap.

7. Yudasin L.S.. Energi: problemer og håp. Moskva: Opplysningstiden.

8. Podgorny A.N. Hydrogen energi. Moskva: Vitenskap.

Populær

Hvor mange galakser i universet er kjent for det moderne mennesket?

« Hvordan ser andre stjerner ut fra utsiden?Vi har allerede sagt, men hvordan ville en utenforstående observatør se vårt solsystem og vår solstjerne? Ved å dømme etter... »

Solsystemet - verden vi lever i Plasseringen av galaksen vår i universet

« Den første eksoplaneten - en planet som ligger utenfor solsystemet og kretser rundt en annen stjerne i galaksen vår - ble oppdaget av astronomer rundt 20... »

Hvordan vi bygget fremtiden til Russland

« I flere tiår nå har psykologer vært vedvarende interessert i to tenkemåter: den som utløser portrettet av en sint kvinne, og... »