Электрическая энергия ее свойства и применение

Электрическая энергия, ее свойства и применение. Современное состояние и перспективы развития электроэнергетики.

Решающая роль в современном научно-техническом прогрессе принадлежит электрификации. Как известно, под электрификацией понимается широкое внедрение электрической энергии в народное хозяйство и быт, и сегодня нет такой области техники, где в том или ином виде не использовалась бы электрическая энергия, в будущем ее применение будет еще более расширяться.

В эпоху индустриализации подавляющий объем электроэнергии вырабатывается промышленным способом на электростанциях.

Современная энергетика базируется в основном на энергетическом топливе: каменном угле, торфе, нефти и газе. Однако запасы этих источников ограничены, темпы потребления их возрастают с каждым днем. Поэтому научные мысли энергетиков направлены на поиски таких источников энергии, которые не иссякли бы с течением времени

В последнее время, в связи с экологическими проблемами, дефицитом ископаемого топлива и его неравномерным географическим распределением, становится целесообразным вырабатывать электроэнергию используя ветроэнергетические установки, солнечные батареи, малые газогенераторы (устройство для преобразования твёрдого или жидкого топлива в газообразную форму (газификации). Наиболее распространены газогенераторы, работающие на дровах, древесном угле, каменном угле, буром угле, коксе и топливных пеллетах. Газогенераторы, использующие в качестве топлива мазут и другие виды жидкого топлива, применяются значительно реже). Развитие электроэнергетики сегодня является основным условием научно-технического прогресса и технического совершенствования производства. Единственным недостатком электрической энергии является «отсутствие склада готовой продукции», т. е. запасать электроэнергию и сохранять эти запасы в течение больших сроков человечество еще не научилось.

Электроэнергию преобразуют в механическую с помощью электродвигателей, которые используют для привода станков и вращающихся машин в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и быту. Кроме того, электрическую энергию широко используют в технологических установках для нагрева изделий, плавления металлов, сварки, электролиза, для получения плазмы, новых материалов с помощью электрохимии, для очистки материалов и газов и т. Работа современных средств связи — телеграфа, телефона, радио, телевидения, Интернета — основана на применении электрической энергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники и т. д. Электроэнергия является сейчас практически единственным видом энергии для искусственного освещения. Намечаются и осваиваются новые области использования электрической энергии (магнитная подушка для транспортных средств, электромагнитные насосы для перекачивания жидких металлов и т. п.). Всем ясно, что без электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества. Она используется абсолютно всеми бытовыми электроприборам.апасы в течение больших сроков человечество еще не научилось.

Электрическая энергия — самый дешевый и удобный вид энергии. Она широко используется в народном хозяйстве и в быту. Производство и потребление электрической энергии растет с каждым годом.

Для работы подавляющего большинства современных промышленных машин, аппаратов, приборов и бытовых устройств необходим источник электрической энергии (источник тока). Источником тока может быть генератор на электростанции, батарея гальванических элементов, аккумулятор.

Электрическая энергия, вырабатываемая источником, принимается потребителем (приемником) электроэнергии. Потребители электроэнергии — это и лампочка в фонаре, и двигатель в электрокаре и в станке, и электрический звонок, и электрический утюг, и многие другие устройства. В них электрическая энергия преобразуется в свет, звук, тепло, механическое движение.

Для передачи электрической энергии от источника тока к потребителю нужны проводники. Хорошими проводниками являются металлы.
Материалы, не проводящие ток, называются изоляторами
. К ним относятся пластмасса, стекло, фарфор, резина, сухая древесина, сухой воздух и др.

Электрическую энергию можно получать по-разному. Существуют электростанции, которые вырабатывают электричество, сжигая топливо; электроэнергию получают используя силу ветра, приливных течений, а также – энергию солнца.

Что называется электрической энергией

Согласно современным научным представлениям, энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает, а только может переходить из одной формы в другую в соответствии с законом сохранения энергии. Различают энергию механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную, ядерную, химическую, гравитационную и др.

Для жизнедеятельности человека наиболее важное значение имеет потребление электрической и тепловой энергии, которые возможно извлекать из природных источников – энергоресурсов.

Энергоресурсы – это первичные источники энергии находящиеся в окружающей природе.

Среди различных видов энергии, используемых человеком, особое место занимает наиболее универсальный из ее видов – электрическая энергия.

Широкое распространение электрическая энергия получила благодаря следующим ее свойствам:

возможность получения практически из любых энергоресурсов при умеренных затратах;

простоте трансформации в другие формы энергии (механическую, тепловую, звуковую, световую, химическую);

способность сравнительно легко передаваться в значительных количествах на большие расстояния с огромной скоростью и относительно небольшими потерями;

возможность использования в устройствах, различающихся по мощности, напряжению, частоте.

Электрической энергией человечество пользуется с 80-х годов XIX века.

Поскольку общее определение энергии – это мощность за единицу времени, то единица измерения электрической энергии представляет собой киловатт за час (кВт·ч).

Основными величинами и параметрами, с помощью которых можно охарактеризовать электрическую энергию, описать ее качество, есть общеизвестные:

электрическое напряжение – U, В;

электрический ток – I, А;

полная, активная и реактивная мощности – S, P, Q в киловольт-амперах (кВА), киловаттах (кВт) и киловольт-амперах реактивных (квар) соответственно;

коэффициент мощности cosфи;

Электрическая энергия имеет ряд особенностей:

она непосредственно не подлежит визуальному восприятию;

легко превращается в иные виды энергии (например, в тепловую, механическую);

достаточно просто и с большой скоростью передается на большие расстояния;

простота ее распределения в электрических сетях;

проста в использовании с помощью машин, установок, приборов;

позволяет изменять свои параметры (напряжение, ток, частота);

удобна для контроля и управления;

качество ее определяет качество работы оборудования, которое потребляет эту энергию;

качество энергии в месте производства не может служить гарантией ее качества в месте потребления;

неразрывность во временном измерении процессов производства и потребления энергии;

процесс передачи энергии сопровождается ее потерями.

Диафильм фабрики экранных учебно-наглядных пособий «Энергия и мощность электрического тока»:

Широкое использование электроэнергии является основой технического прогресса. На любом современном промышленном предприятии все производственные машины и механизмы приводятся в движение электрической энергией.

Так, например, она позволяет по сравнению с другими видами энергии с наибольшими удобствами и наилучшим технологическим эффектом осуществлять термическую обработку материалов (нагрев, плавка, сварка). В настоящее время в больших масштабах используется действие электрического тока для разложения химических веществ и получения металлов, газов, а также для поверхностной обработки металлов с целью повышения их механической и коррозийной устойчивости.

Для получения электрической энергии необходимы энергетические ресурсы, которые могут быть возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым ресурсам относят те, которые полностью восстанавливаются в пределах жизни одного поколения (вода, ветер, древесина и т. д.). К невозобновляемым ресурсам относят ранее накопленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся – уголь, нефть, газ.

Любой технологический процесс получения электрической энергии подразумевает однократное или многократное преобразование различных видов энергии. При этом энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, и т. д.), называется первичной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на электростанциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т. д.).

Основу традиционной энергетики составляют тепловые электрические станции (ТЭС), использующие энергию органического топлива и ядерного горючего, и гидроэлектростанции (ГЭС). Единичная мощность электростанций, как правило, велика (сотни МВт установленной мощности) и они объединены в крупные энергосистемы. На больших электростанциях вырабатывается более 90 % всей потребляемой электроэнергии, и они составляют основу комплекса централизованного электроснабжения потребителей.

В названиях электростанций обычно отражено какой вид первичной энергии в какую вторичную преобразуется, например:

тепловая электрическая станция (ТЭС) преобразует энергию тепла в электричество;

гидроэлектростанция (ГЭС) преобразует энергию движения воды в электроэнергию;

ветроэлектростанция (ВЭС) преобразует энергию ветра в электрическую энергию.

Для сравнительной характеристики технологических процессов производства электрической энергии используют такие показатели, как коэффициент полезного использования энергии, удельная стоимость 1 кВт установленной мощности электростанции, себестоимость вырабатываемой электроэнергии и т. п.

Электрическую энергию передает электромагнитное поле проводника, этот процесс имеет волновой характер. Причем часть электроэнергии, которая передается, расходуется в самом проводнике, т. е. теряется. Отсюда вытекает понятие «потери электроэнергии». Потери электроэнергии есть во всех элементах электрической системы: генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи и т. п., а также в электроприёмниках (электрических двигателях, электротехнологических устройствах и агрегатах).

Общая потеря электроэнергии складывается из двух частей: номинальных потерь, которые определяются условиями работы при номинальных режимах и оптимальном выборе параметров системы электроснабжения, и дополнительных потерь, обусловленных отклонением режимов и параметров от номинальных значений. Экономия электроэнергии в системах электроснабжения основывается на минимизации как номинальных, так и дополнительных потерь.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

—>ЭЛЕКТРОТЕХНИКА —>

Электрическая энергия, ее свойства и применение

Из всех видов энергии в настоящее время наиболее широко применяется электромагнитная энергия, которую называют электрической.

Применение электрической энергии позволило повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, автоматизировать и внедрить целый ряд технологических процессов в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту, основанных на новых принципах, ускоряющих, облегчающих и удешевляющих процесс получения окончательного продукта, а также создать комфорт в производственных и жилых помещениях.

Электрическая энергия кардинально изменила производство. Ее уникальное свойство переходить в другие виды энергии всегда считалось физической основой техники будущего, и прежде всего электротехники и электроэнергетики, которые уже в начале XX века стали началом научно-технической революции. И совсем уж недаром первые шаги электротехники были названы «колоссальной революцией». Развитие электроэнергетики сегодня является основным условием научно-технического прогресса и технического совершенствования производства. Это обусловлено следующим.

· В электрическую легко преобразуются любые виды энергии (тепловая, атомная, механическая, химическая, лучистая, энергия водного потока), и наоборот, электрическая энергия легко может быть преобразована в любой другой вид энергии.

· Электроэнергию можно передавать практически на любое расстояние.

· Ее можно легко дробить на любые части (мощность электроприемников может быть от долей ватта до тысяч киловатт).

· Процессы получения, передачи и потребления электроэнергии можно просто и эффективно автоматизировать.

· Управление процессами, в которых используется электроэнергия, обычно очень простое (нажатие кнопки, выключателя и т. п.).

· Использование электроэнергии способствует созданию комфортных условий на производстве и в быту.

Единственным недостатком электрической энергии является «отсутствие склада готовой продукции», т. е. запасать электроэнергию и сохранять эти запасы в течение больших сроков человечество еще не научилось. Запасы электроэнергии в аккумуляторах, гальванических элементах и конденсаторах достаточны лишь для работы сравнительно маломощных установок, причем сроки хранения этих запасов ограничены. Поэтому электрическая энергия должна быть произведена тогда и в таком количестве, когда и в каком ее требует потребитель.

· Электроэнергию преобразуют в механическую с помощью электродвигателей, которые используют для привода станков и вращающихся машин в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и быту.

· Кроме того, электрическую энергию широко используют в технологических установках для нагрева изделий, плавления металлов, сварки, электролиза, для получения плазмы, новых материалов с помощью электрохимии, для очистки материалов и газов и т. д.

· Работа современных средств связи — телеграфа, телефона, радио, телевидения, Интернета — основана на применении электрической энергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники и т. д.

· Электроэнергия является сейчас практически единственным видом энергии для искусственного освещения. Намечаются и осваиваются новые области использования электрической энергии (магнитная подушка для транспортных средств, электромагнитные насосы для перекачивания жидких металлов и т. п.).

Всем ясно, что без электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества. Она используется абсолютно всеми бытовыми электроприборами: холодильниками, стиральными машинами, осветительными приборами, утюгами, микроволновыми печами, компьютерами, телевизорами и т. д. Трудно представить, как бы мы жили, погасни свет в квартире или замолчи телевизор.

Помимо городских квартир, большое количество электроэнергии потребляют подсобные хозяйства фермеров, на которых имеются не только жилые, но и хозяйственные постройки.

Как хозяин в доме, вы должны знать об электричестве больше, нежели просто уметь сменить пробки или вкрутить лампочку. Необходимо понимать зависимость между током, напряжением и мощностью, преимущества и недостатки переменного тока.

Основные этапы развития электротехники

Решающая роль в современном научно-техническом прогрессе принадлежит электрификации. Как известно, под электрификацией понимается широкое внедрение электрической энергии в родное хозяйство и быт, и сегодня нет такой области техники, в том или ином виде не использовалась бы электрическая энергия в будущем ее применение будет еще более расширяться.

Под электротехникой в широком смысле слова подразумевается область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для практических целей.

Это общее определение электротехники можно раскрыть более подробно, выделив те основные области, в которых используют электрические и магнитные явления: преобразование энергии природы (энергетическая); превращение вещества природы (технологическая); получение и передача сигналов или информации (информационная).

Поэтому более полно электротехнику можно определить, как область науки и техники, использующую электрические и магнитные явления для осуществления процессов преобразования энергии и превращения вещества, а также для передачи сигналов и информации.

В последние десятилетия из электротехники выделилась промышленная электроника с тремя ее направлениями:

· технологическое, которые с каждым годом приобретают все большее значение в ускорении научно-технического прогресса.

В развитии электротехники условно можно выделить следующие шесть этапов.

1. Становление электростатики (до 1800 г .)

К этому периоду относятся первые наблюдения электрических и магнитных явлений, создание первых электростатических машин и приборов, исследования атмосферного электричества, разработка первых теорий электричества, установление закона Кулона, зарождение электромедицины.

2. Закладка фундамента электротехники, ее научных основ (1800 — 1830 гг.)

Начало этого периода ознаменовано созданием «вольтова столба» — первого электрохимического генератора, а вслед за ним «огромной наипаче батареи» В. В. Петрова, с помощью которой им была получена электрическая дуга и сделано много новых открытий. Важнейшими достижениями этого периода является открытие основных свойств электрического тока, законов Ампера, Био — Савара, Ома, создание прообраза электродвигателя, первого индикатора электрического тока (мультипликатора), установление связей между электрическими и магнитными явлениями.

3. Зарождение электротехники (1830—1870 гг.)

Самым знаменательным событием этого периода явилось открытие М. Фарадеем явления электромагнитной индукции, создание первого электромашинного генератора. Разрабатываются разнообразные конструкции электрических машин и приборов, формулируются законы Ленца и Кирхгофа, создаются первые источники электрического освещения, первые электроавтоматические приборы, зарождается электроизмерительная техника. Однако широкое практическое применение электрической энергии было невозможно из-за отсутствия экономичного электрического генератора.

4. Становление электротехники как самостоятельной отрасли техники (1870—1890 гг.)

Создание первого измышленного электромашинного генератора с самовозбуждением (динамомашины) открывает новый этап в развитии электротехники, которая становится самостоятельной отраслью техники.

В связи с развитием промышленности, ростом городов возникает острая потребность в электрическом освещении, начинается строительство «домовых» электрических станций, вырабатывающих постоянный ток. Электрическая энергия становится товаром, и все более остро ощущается необходимость централизованного производства и экономичной передачи электроэнергии на значительные расстояния. Решить эту проблему на базе постоянного тока было нельзя из-за невозможности трансформации постоянного тока.

Значительным стимулом к, внедрению переменного тока явилось изобретение «электрической свечи» П. Н. Яблочковым и разработка им схемы дробления электрической энергии посредством индукционных катушек, представлявших собой трансформаторе разомкнутой магнитной системой. Однако однофазные двигатели были непригодны для целей промышленного электропривода.

Одновременно разрабатываются способы передачи электрической энергии на большие расстояния посредством значительного повышения напряжения линий электропередач.

Дальнейшее развитие электрического освещения способствовало совершенствованию электрических машин и трансформаторов; в середине 80-х гг. началось серийное производство однофазных трансформаторов с замкнутой магнитной системой (М. Дери, О. Блати, К. Циперновский).

Идея П. Н. Яблочкова о централизованном производстве и распределении электроэнергии претворяется в жизнь, начинается строительство центральных электростанций переменного тока. Однако развивающееся производство требовало комплексного решения сложнейшей научно-технической проблемы: экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и создания экономичного и надежного электрического двигателя, удовлетворяющего требованиям промышленного электропривода. Эта проблема была успешно решена на основе многофазных, в частности трехфазных систем.

5. Становление и развитие электрификации (с 1891 г .)

Важнейшей предпосылкой разработки трехфазных систем явилось открытие ( 1888 г .) явления вращающегося магнитного поля. Первые многофазные двигатели были двухфазными.

Трехфазная система оказалась наиболее рациональной, так как имела ряд преимуществ как перед однофазными цепями, так и перед другими многофазными системами. В разработку трехфазных систем большой вклад сделали ученые и инженеры разных стран. Но как будет показано далее, наибольшая заслуга принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому, сумевшему придать своим работам практический характер, создавшему трехфазные синхронные генераторы и асинхронные двигатели, трансформаторы.

Убедительной иллюстрацией преимуществ трехфазных цепей была знаменитая Лауфен-Франкфуртская электропередача ( 1891 г .), сооруженная при активном участии Доливо-Добровольского.

С этого времени начинается бурное развитие электрификации: строятся мощные электростанции, возрастает напряжение электропередач, разрабатываются новые конструкции электрических машин, аппаратов и приборов. Электрический двигатель занимает господствующее положение в системе промышленного привода. Процесс электрификации постепенно охватывает все новые области производства: развивается электрометаллургия, электротермия, электрохимия. Электрическая энергия начинает все более широко использоваться в самых разнообразных отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в быту.

Широкое применение переменного тока потребовало теоретического осмысления и математического описания физических процессов, происходящих в электрических машинах, линиях электропередач, трансформаторах. Расширяются исследования явлений в цепях переменного тока с помощью векторных и круговых диаграмм.

Огромную прогрессивную роль в анализе процессов в цепях сыграл комплексный метод, предложенный в 1893—1897 гг. Ч. П. Штейнмецом.

С развитием крупных энергосистем и увеличением дальности электропередач возникла серьезная научно-техническая проблема обеспечения устойчивости параллельной работы генераторов электростанции, которая была решена отечественными и зарубежными учеными. Теоретические основы электротехники становятся базой учебных дисциплин в вузах и фундаментом научных исследований в области электротехники.

6. Зарождение и развитие электроники (первая четверть XX в.)

Рост потребности в постоянном токе (электрохимия, электротранспорт и др.) вызвал необходимость в развитии преобразовательной техники, что привело к зарождению, а затем бурному развитию промышленной электроники.

Электротехника становится базой для разработки автоматизированных систем управления энергетическими и производственными процессами. Создание разнообразных электронных, в особенности микроэлектронных устройств позволяет коренным образом повысить эффективность автоматизации процессов вычислений, обработки информации, осуществлять моделирование сложных физических явлений, решение логических задач и др. при значительном снижении габаритов, устройств, повышении их надежности и экономичности.

Значительный прогресс в электронике наметился после создания больших интегральных схем (БИС), быстродействие их измеряется миллиардными долями секунды, а минимальные размеры составляют 2—3 мкм. Внедрение БИС привело к созданию микропроцессоров, осуществляющих цифровую обработку информации по программе, и микроЭВМ.

Быстрое развитие микроэлектроники обусловило возникновение и заметный прогресс новой области науки и техники — информатики. Уже в начале 80-х гг. как в нашей стране, так и за рубежом стали изготовлять микропроцессоры и микроЭВМ в одном кристалле. Все это дает огромный эффект в повышении надежности, снижении габаритов и потребляемой энергии микроэлектронных устройств, используемых в различных производственных процессах, автоматизированных систем управления, на транспорте, в бытовых устройствах.

Электрическая энергия и особенности ее производства и потребления

Электрическая энергия занимает главные позиции в промышленном оборудовании и бытовой технике благодаря таким свойствам, как возможность быстрого и эффективного преобразования в другие формы (механическую, тепловую, химическую, световую), а также экономичной транспортировки, т.е. передачи на большие расстояния. Указанные свойства привели к широкому использованию электроэнергии в промышленном производстве, электрических и электронных средствах автоматизации, а также в многочисленных бытовых приборах.

На пути от производства до использования электрическая энергия претерпевает ряд преобразований. Совокупность оборудования, осуществляющего превращение энергетических ресурсов в доступную потребителю электроэнергию, называют электроэнергетической системой. В процессе создания и использования электроэнергии можно выделить ряд стадий:

  • • производство, т.е. преобразование в электрическую других форм энергии (механической, химической, тепловой);
  • • изменение параметров электроэнергии для обеспечения передачи на расстояние;
  • • транспорт (передача в пространстве);
  • • преобразование значений токов и напряжений к уровням пользователей и распределение между потребителями;
  • • использование в промышленных и бытовых установках и приборах.

Созданы и эксплуатируются различные типы электроэнергетических систем (рис. 23.1).

В соответствии с организацией производства и обеспечения энергией пользователей можно выделить индивидуальные (децентрализованные) и общие (централизованные) электроэнергетические системы.

Индивидуальное электроснабжение предусматривает наличие собственного источника и генератора электроэнергии для каждого потребителя. Оно имеет разное назначение — от обеспечения электроэнергией отдельного прибора или потребителя до резервных систем электроснабжения важных объектов. Мощности подобных электросетей лежат в весьма широких пределах. Используемые источники энергии также отличаются многообразием. В таких системах нашли применение разные виды возобновляемых источников. Основные трудности создания и эксплуатации индивидуальных электросетей заключаются в обеспечении стабильности и надежности их функционирования при изменении нагрузки и вариации параметров источников.

Рис. 23.1. Виды электроэнергетических систем

Централизованные энергетические системы предназначены для обеспечения электроэнергией пользователей значительной по площади территориальной зоны. Эти системы могут представлять собой местные (локальные) электросети или строиться по принципу глобального обеспечения электроэнергией огромных территорий.

Основным требованием к системе электроснабжения является высокая надежность постоянного обеспечения электроэнергией потребителей при заданных внешних воздействиях и условиях эксплуатации. Сложности реализации сформулированной цели связаны с одной из главных особенностей электрической энергии, состоящей в совпадении во времени процессов ее производства, передачи и потребления. Это обусловлено отсутствием достаточно мощных накопителей (аккумуляторов) электрической энергии.

Химические аккумуляторы применяются только в системах индивидуального электроснабжения в качестве резервного электропитания. Существуют разработки гидроаккумулирующих станций, в которых излишки электроэнергии используются для пополнения запаса воды в специальном бассейне. Такие станции занимают значительные площади, и их применение является скорее исключением, чем правилом.

Потребление электроэнергии, определяющее характер и значение нагрузки, весьма неравномерно и зависит от времени и местоположения пользователя. Вариант решения проблемы непрерывного снабжения электроэнергией пользователей посредством производства такого количества, которое перекрывает максимальные значения, наряду с явной экономической нецелесообразностью наталкивается на серьезные технические трудности, обусловленные необходимостью расходования излишков производимой энергии в интервалы снижения потребления.

С целью исключения подобных режимов в рамках энергосистемы необходимо осуществлять управление в структуре производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии (рис. 23.2).

Процесс генерации, передачи и потребления электроэнергии и в рамках энергосистемы осуществляется с помощью единого управления производством, передачей, распределением и использованием электрической энергии множеством потребителей Щ. Пд-. Автоматические системы управления энергетическими системами должны обладать высокой точностью и быстродействием. Качество управления во многом зависит от описания объектов, т.е. электрических станций, совокупности различных преобразователей и нагрузки.

Получение электроэнергии из энергоносителей осуществляют предприятия, называемые электрическими станциями. Из всех

Рис. 23.2. Общая структура электроэнергетической системы

возможных энергетических ресурсов, которые эффективно используются в глобальных системах, преобладают гидроэнергия рек, химическая энергия органического топлива и ядерная энергия.

Наибольшее распространение получили тепловые электрические станции (ТЭС), использующие энергию органических видов топлива: нефти, газа, угля, торфа. В процессе функционирования ТЭС происходит ряд преобразований химической энергии топлива в электрическую энергию. Энергия сжигаемого в котле (парогенераторе) топлива переходит в тепловую энергию водяного пара, который с помощью турбины вращает вал электромеханического генератора. Каждая ступень преобразования энергии вносит свои потери в общий КПД, результирующее значение которого составляет примерно 30%. Прошедший турбину пар обладает тепловой энергией, которая используется потребителем. Таким образом, совместно с электрической ТЭС вырабатывает тепловую энергию. Преимущество тепловых станций заключается в возможности их построения в непосредственной близости к потребителям электрической и тепловой энергии. Очевидно, что для обеспечения работы ТЭС требуется транспортировка топлива к месту выработки электроэнергии.

Высокой технической эффективностью преобразования энергии обладают гидроэлектрические станции (ГЭС), у которых КПД приближается к 90%. Работа ГЭС основана на использовании есте- ственных энергетических ресурсов рек (механической энергии движущихся водных потоков). Для концентрации энергии в месте установления электростанции на реке сооружаются плотина и водохранилище, создающие постоянный напор воды, который обеспечивает вращение вала турбины. Выработанную электроэнергию необходимо преобразовать (трансформировать) в форму, пригодную для доставки потребителю.

На атомных электростанциях (АЭС) в ядерном реакторе происходит цепная реакция деления ядер топлива для осуществления процесса превращение ядерной энергии в тепловую. Деление ядра сопровождается образованием осколков и испусканием свободных нейтронов, которые должны обладать достаточной энергией для поддержания реакции деления. Критическая масса требуемого в реакторе топлива составляет примерно 50 кг для чистого урана. В активную зону ядерного реактора загружается ядерное топливо в виде стержней, называемых тепловыделяющими элементами (твелами), и замедлитель нейтронов (например, графит). Через активную зону проходит теплоноситель (вода). Активная зона окружена отражающим материалом (свинец), нс дающим нейтронам вылетать за ее пределы. Вода, нагретая в активной зоне, из реактора поступает в парогенератор, где отдает полученное в активной зоне тепло воде второго контура. Охлажденная в парогенераторе вода первого контура возвращается в активную зону, создавая замкнутый цикл. Нагретая вода второго контура (превращенная в пар) используется для вращения вала паровой турбины, механическую энергию которого генератор преобразует в электрическую. Такой тип атомного реактора с двухконтурной системой циркуляции воды носит название водно-водяного реактора (ВВР). Для осуществления биологической защиты он окружен бетонным кожухом.

В качестве окончательного устройства промышленного производства электрической энергии применяют электрические машины, т.е. электромеханические преобразователи механического вращения вала в электрическое напряжение. На станциях электрическая энергия вырабатывается генераторами с номинальным напряжением 10—15 кВ. Выработанную электроэнергию необходимо доставить потребителю. Мощности и расстояния, на которые целесообразно транспортировать энергию с допустимым уровнем потерь, зависят от напряжения в линии электропередачи. Можно показать, что передачу электроэнергии на большие расстояния целесообразно осуществлять при высоких уровнях напряжений. Если в первом приближении предположить, что потери мощности в линии определяются сопротивлением линии г, то относительные потери можно оценить как АР/Р

rl/U. Таким образом, производящая часть электроэнергетической системы содержит электростанцию и преобразователь (трансформатор) напряжения.

На режим работы энергетической системы влияют ее структура и характер нагрузки, зависящие от вида пользователей. Промышленное производство непрерывно потребляет значительное количество электроэнергии в технологических процессах (электролиз, электротермия, обработка материалов, электропривод и т.н.). Сельское хозяйство (животноводство, мелиорация) отличается пиковым характером нагрузок при рассредоточенности потребителей на больших площадях. Электрический транспорт и освещение имеют весьма разветвленную систему энергоснабжения с периодическими колебаниями нагрузки в дневные и ночные часы. Телекоммуникационные системы, характеризуемые не слишком большими индивидуальными мощностями, вносят существенный вклад в потребление вследствие большого количества. Бытовые электроприборы, работающие при низких напряжениях (380/220 В), также создают существенные пиковые нагрузки из-за высокой массовости.

Нарушение баланса между генерируемым и потребляемым количеством электрической энергии приводит в первую очередь к снижению ее качества. С целью выравнивания нагрузок во времени и пространстве используют совокупности электрических сетей, объединяющих различных потребителей. Реализуется также принцип выравнивания нагрузки на различные агрегаты системы производства и потребления. Очевидно, что для правильной работы электроэнергетической системы необходимы контроль количества и качества произведенной электроэнергии и контроль расхода и качества потребляемой приемниками энергии. На основе полученных данных осуществляется управление процессами производства и потребления электроэнергии.

Структура энергосистемы зависит от оптимальных условий передачи, распределения и потребления электроэнергии. Отдельные энергосистемы могут быть объединены в единую электроэнергетическую систему страны или ряда стран. В результате образуется единая система потребителей, в которой могут быть сглажены пиковые нагрузки за счет перетоков энергии.

Презентация по электротехнике на тему «Электрическая энергия, ее свойства и область применения»

Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов

Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте

откроется в новом окне

Выдаем Удостоверение установленного образца:

Описание презентации по отдельным слайдам:

Электрическая энергия, её свойства и область применения.

Практически во всех областях деятельности современного общества применяется электрическая энергия. Энергия — общая количественная мера различных форм движения материи. Для любого вида энергии можно назвать материальный объект, который является ее носителем. Так, механической энергией обладают вода, ветер, заведенная пружина; тепловой — нагретый газ, пар, горячая вода. Носителем электрической энергии является особая форма материи — электромагнитное поле

Электрическая энергия получается путем преобразования других видов энергии (механической, тепловой, химической, ядерной и др.) и обладает ценными свойствами 1.относительно несложно, с малыми потерями передается на большие расстояния 2.легко дробится и преобразуется в нужный вид энергии (механическую, тепловую, световую, химическую идр.

Наибольшая часть электроэнергии для нужд народного хозяйства вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС). Здесь химическая энергия органического топлива (угля, мазута, торфа, газа) при его сжигании в паровых котлах превращается в тепловую энергию нагретого водяного пара.

Пар под высоким давлением поступает в паровую турбину, где его энергия преобразуется в механическую. Турбины приводят в действие электрические генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Следует отметить, что тепловые электростанции являются основным источником загрязнения атмосферы диоксидом серы, выбрасываемым вместе с дымовыми газами. Сернистые соединения распространяются на значительные расстояния, приводя к возникновению кислотных дождей, наносящих ущерб лесам, сельскохозяйственной продукции (особенно овощам), а также историческим Памятникам, зданиям.

использующие энергию воды использующие энергию ветра работающие за счет морских приливов использующие тепло земных недр гидроэлектростанции, ветроэлектростанции, приливные, геотермальные, Электроэнергию производят также: солнечные,

Курс профессиональной переподготовки

Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе

Курс профессиональной переподготовки

Охрана труда

Курс профессиональной переподготовки

Организация деятельности библиотекаря в профессиональном образовании

  • Все материалы
  • Статьи
  • Научные работы
  • Видеоуроки
  • Презентации
  • Конспекты
  • Тесты
  • Рабочие программы
  • Другие методич. материалы

  • Булгаков Сергей СтаниславовичНаписать 4951 08.11.2015

Номер материала: ДВ-136041

  • Другое
  • Презентации
    08.11.2015 651
    08.11.2015 950
    08.11.2015 984
    08.11.2015 2864
    08.11.2015 456
    08.11.2015 1291
    08.11.2015 531

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Какие навыки ценят в педагоге работодатели

Время чтения: 2 минуты

Всероссийская олимпиада школьников начнется 13 сентября

Время чтения: 2 минуты

ЕГЭ в 2022 году может пройти в допандемийном формате

Время чтения: 1 минута

В России разработали программу содействия занятости молодежи до 2030 года

Время чтения: 1 минута

В пяти регионах России протестируют новую систему оплаты труда педагогов

Время чтения: 2 минуты

Amazon оплатит своим сотрудникам обучение в вузах

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *