Производство, передача и распределение электрической энергии. Производство, передача и потребление электрической энергии

Производство, передача и распределение электрической энергии. Производство, передача и потребление электрической энергии

>> Производство и использование электрической энергии

§ 39 ПРОИЗВОДСТВО и ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В nanie время уровень производства и потребления энергии — один из важнейших показателей развития производственных сил обпдества. Ведущую роль при этом играет электроэнергия — самая универсальная и удобная для использования форма энергии. Если потребление энергии в мире увеличивается в 2 раза примерно за 25 лет, то увеличение потребления электроэнергии в 2 раза происходит в среднем за 10 лет. Это означает, что все больше и больше процессов, связанных с расходованием энергоресурсов, переводится на электроэнергию.

Производство электроэнергии. Производится электроэнергия на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания. Наиболее экономичны крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно: ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны использует в качестве топлива уго.пьную пыль. Для выработки 1 кВт ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора. Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов ротора составляет несколько тысяч в минуту.

Из курса физики 10 класса известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с повышением температуры нагревателя и соответственно начальной температуры рабочего тела (пара, газа). Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру — почти до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром. Превращения энергии показаны на схеме, приведенной на рисунке 5.5.

источники генерации энергии, передача ее на большие расстояния

Как и любой вид энергии, электрическая является силой, которая сообщается разными предметами друг другу. Получение и передача электроэнергии стала основным движущим фактором развития производства. Особенно актуально такое перемещение на большие расстояния. Разрабатывается возможность переброски энергетического потока без проводов, что создает большие перспективы в будущем.

Источники получения энергии

Прежде чем начать процесс передачи электроэнергии потребителю, необходимо ее получить. Этим вопросом занимаются электростанции, которых существует несколько видов:

1. Тепловые. На первом этапе ведется сжигание органического топлива. Это может быть уголь, мазут или торф. Возникающая тепловая энергия преобразуется в механическую и только потом в электрическую. В некоторых случаях выработанное тепло сразу поступает в теплоцентрали и подается на производство.
2. Гидроэлектростанции. Такие комплексы устанавливаются в местах протекания больших рек. Построенная плотина поднимает с одной стороны уровень воды, образуя водопад. Станция представляет собой сложную техническую конструкцию. Движущийся поток вращает турбины, которые превращают его силу в электрическую составляющую.
3. Атомные станции. Здесь основным оборудованием является реактор. В нем происходит цепная реакция распада ядер тяжелых элементов. В качестве топлива используется плутоний или уран. Получаемое ядерное тепло затем преобразуется в электрическую энергию. Это наиболее перспективное направление развития, поскольку мировые ядерные запасы значительно превышают органические залежи топлива.

Также присутствует возможность выработки электричества при помощи солнечных лучей или силы ветра. В этих местах начинается генерация энергии, которая затем продолжает свое движение к потребителю. Территория любой станции является закрытой для посторонних. По ней не разрешается ходить без пропуска.

Движение электричества

Дальнейшая передача электрической энергии ведется по сетям. Они представляют собой комплекс оборудования, которое отвечает за распределение и поставку электричества потребителю. Их существует несколько разновидностей:

1. Общие сети. Они обслуживают сельское хозяйство и производство.
2. Контактные. Это выделенная группа, которая обеспечивает поставку электроэнергии движущемуся транспорту. Сюда входят поезда и трамваи.
3. Для обслуживания удаленных объектов и инженерных коммуникаций.
4. Автономные сети. Они обеспечивают электроэнергией крупные мобильные единицы. Это самолеты, морские суда и космические аппараты.

Передача на большие расстояния

Актуальность передачи электроэнергии на расстояние обуславливается тем, что электростанции снабжены мощным оборудованием, дающим на выходе большие показатели. Потребители же ее маломощные и разбросаны на большой территории. Строительство крупнейшего терминала обходится дорого, поэтому наблюдается тенденция к концентрации мощностей. Это существенно снижает затраты. Кроме того, значение имеет место размещения. Включается ряд факторов: близость к ресурсам, стоимость транспортировки и возможность работы в единой энергетической системе.

Чтобы понять, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, следует знать, что линии электропередач бывают постоянного и переменного тока. Главная характеристика — это их пропускная способность. Потери наблюдаются в процессе нагрева проводов или дальности расстояния. Передача осуществляется по следующей схеме:

1. Электростанция. Она является источником образования электроэнергии.
2. Повышающий трансформатор, который обеспечивает увеличение показателей до необходимых величин.
3. Понижающий трансформатор. Он устанавливается на распределительных станциях и понижает параметры для подачи в частный сектор.
4. Подача энергии в жилые дома.

Линии постоянного тока

В настоящее время больше отдается предпочтение передаче электроэнергии постоянным током. Это связано с тем, что все происходящие внутри процессы не носят волновой характер. Это значительно облегчает транспортировку энергии.

К преимуществам передачи постоянного тока относится:

• небольшая себестоимость;
• малая величина потерь;

Среди недостатков — невозможность установки ответвлений от основной ЛЭП. Связано это с тем, что в этих местах требуется монтаж преобразователей, которые обходятся очень дорого. Кроме того, создание выключателей высокого напряжения. Технически, это вызывает большие трудности.

Поставка переменного тока

К преимуществам транспортировки переменного тока относится легкость его трансформации. Осуществляется это при помощи приборов — трансформаторов, которые не отличаются сложностью в изготовлении. Конструкция электродвигателей такого тока значительно проще. Технология позволяет формировать линии в единую энергосистему. Этому способствует возможность создания выключателей в месте строительства ответвлений.

Передача энергии на большое расстояние имеет первостепенное значение для всех структур. Не всегда энергетические комплексы находятся близко, а в электричестве нуждаются везде. Без него не обойдется ни промышленность, ни общественные заведения, ни частный сектор.

как осуществляется передача и получение

Современную жизнь трудно представить без электричества. Каждый день люди греют воду, пользуются компьютером и даже заряжают машину. Это говорит о том, что каждый аспект жизни неразрывно связан с электроэнергией. Но откуда она берется, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, почему люди так зависят от полезных ископаемых рассмотрено ниже.

Суть явления

В отличие от природных ресурсов вроде газа, электроэнергию невозможно закачивать в хранилища и брать оттуда столько, сколько нужно. Поэтому выработка электроэнергии напрямую зависит от потребления. Когда спрос на электричество больше, электростанция вырабатывает больше электроэнергии.

Повседневное использование электроэнергии

Таким образом, передачу электрического тока можно охарактеризовать как непрерывный процесс выработки, транспортировки и потребления. На государственном уровне передача электроэнергии относится к вопросам стратегической безопасности и является приоритетной задачей, на инфраструктуру которой ежегодно выделяются огромные суммы бюджетных средств.

Например, в России в 2018 году на благоустройство энергетической инфраструктуры было потрачено 30 миллиардов долларов.

Дополнительная информация. Недавно в Австралии была запущена первая в мире аккумулирующая электроэнергию станция фирмы Тесла. Саму электроэнергию добывают ветряки, которые заряжают гигантский блок батарей. От них энергия уже передается конечному потребителю по проводам. Таким образом, люди не остаются без электричества в безветренный день.

Решение проблемы ветряков аккумуляцией электроэнергии

Получение и передача

Для начала стоит затронуть тему получения энергии. За последние 150 лет человечество сделало огромный шаг в разработке способов добычи электричества. Сегодня используются невозобновляемые источники, например, сжигание угля и газа, и возобновляемые — движения воды, ветра.

Лучшие умы планеты работают над совершенствованием возобновляемых технологий добычи, проще говоря экологически чистых источников. Ведь потребление энергии растет с каждым годом и электростанциям приходится сжигать все больше угля и газа, тем самым исчерпывая природные запасы и нанося вред экологии. Другое дело ветряк или ГЭС, для которых ветер и вода никогда не закончатся. Но КПД от них пока крайне мал.

Виды электростанций

Так как в большинстве стран СНГ главным поставщиком электричества в дома являются местные ТЭС (Тепловые электростанции, работающие от угля, нефти или газа), нужно рассмотреть процесс получения именно на их примере.

Схема выработки энергии от сжигания полезных ископаемых на ТЭС

Как видно, процесс происходит следующим образом:

1. Уголь и воздух подаются в топку.
2. Жар от топки разогревает воду и превращает ее в пар.
3. Пар под давлением подается на турбину.
4. Мощный поток пара заставляет турбину вращаться.
5. Вместе с турбиной начинает вращаться ротор генератора, который уже преобразует механическое движение в электричество.

Конечный смысл любой ЭС, неважно на каких источниках она работает, заключается во вращении турбины. На тепловых станциях турбину вращает пар, на ГЭС ­вода, в ветряке ветер.

Ввиду дороговизны строить в каждом городе по электростанции невозможно. На деле большинство станций обеспечивают электричеством один крупный мегаполис и сотни приближенных сел, деревень и ПГТ.

Прежде чем попасть в населенный пункт, добытая энергия проходит десятки, а то и сотни километров. Тут стоит рассказать о том, каким образом ток вообще путешествует по проводам.

После выхода с генератора станции электрический ток попадает на трансформатор для повышения напряжения до 1150 кВ. Зачем это делается? Чем больше напряжение, тем меньше электричество теряет свою мощность, путешествуя по кабелю. Но, что еще немаловажно — это затраты на передачу электричества. Чем выше напряжение, тем меньшего сечения провода нужны. Чем тоньше кабель, тем меньше в нем проводящего металла. Чем меньше металла, тем он дешевле.

Высоковольтные линии электропередачи

Тем не менее, существует и некоторый эффект рассеивания электричества. Пока ток пройдет сотню километров, он неизбежно потеряет некоторое количество своей мощности. Так же снижение КПД зависит от силы сопротивления металла в кабеле.

Дополнительная информация. Ученые рассматривают вопрос об исключении проводов из цепочки передачи электроэнергии. Для этого планируется использовать всем знакомую технологию Wi-Fi.

ЛЭП

Тут стоит рассказать о том, какие сети используются для передачи электроэнергии. От электростанции до конечного потребителя электричество проходит не только через повышающий трансформатор и высоковольтные линии. Если посмотреть на современный город с высоты, можно заметить целый клубок проводов, образующий единую сеть.

Чтобы попасть к потребителю, с высоковольтных линий ток заново поступает в трансформатор, но на этот раз напряжение понижается. После чего он подается на распределительную сеть и расходится на промышленные предприятия, которые имеют свою подстанцию для получения нужного им напряжения, на городские подстанции, которые расформировывают электричество по магистральным кабелям и на районные подстанции.

Городская подстанция

От районных подстанций через линии электропередач электричество подается в частные, многоквартирные дома и объекты инфраструктуры. В спальных микрорайонах кабеля от подстанций в основном прокладывают под землей, откуда они выходят уже на щиток подъезда, который дальше распределяет ток на каждую розетку и лампочку в доме.

Силовой ящик многоэтажки

Схемы передачи

На первый взгляд полная схема передачи электроэнергии от вращающейся турбины до розетки квартиры может показаться сложной и запутанной, но если посмотреть на схему, то все становится на свои места.

Структурная схема электроснабжения

Стоит обратить внимание, что если в городе нет промышленных предприятий, то подстанции для промышленного объекта и всей представленной для нее ветви в реальности не будет. Все остальные объекты электрической инфраструктуры будут присутствовать до изобретения беспроводной передачи.

На приведенной выше схеме можно заметить магистральные кабельные линии. Они могут быть двух типов — одиночные и с двухсторонним питанием. Двухсторонние сегодня более распространены, так как одиночные менее надежны, плюс на них тяжело отыскать место повреждения. Таким образом, конечный пользователь всегда снабжен электричеством, и поломки на магистралях ему незаметны.

Схема двухсторонней магистрали

Электричество получают, используя возобновляемые и невозобновляемые источники энергии для вращения турбины. Турбина приводит в действие ротор генератора, который и генерирует электричество. Для передачи тока трансформатор увеличивает его напряжение, а перед тем, как пустить его на городскую сеть, напряжение понижают обратно. Таким образом уменьшаются потери и затраты на строительство сетей. После этого электричество подается на городскую подстанцию, которая запитывает районные подстанции, а уже от них прокладываются разветвленные линии конечным потребителям.

3.5.4 Переменный ток. Производство, передача и потребление электрической энергии

Видеоурок 1: Генератор переменного электрического тока

Видеоурок 2: Задачи на переменный ток

Лекция: Переменный ток. Производство, передача и потребление электрической энергии

Переменный ток

Переменный ток — это колебания, которые могут происходить в цепи в результате подключения её к источнику переменного напряжения. 

Всех нас окружает именно переменный ток — он имеется во всех цепях в квартирах, передача по проводам происходит именно тока переменного напряжения. Однако, практически все электроприборы работают от постоянно электричества. Именно поэтому на выходе из розетки ток выпрямляется и в виде постоянного переходит к бытовой технике.

Именно переменный ток проще всего получить и передать на любое расстояние.

При изучении переменного тока мы воспользуемся цепью, в которую будем подключать резистор, катушку и конденсатор. В данной цепи напряжение определяется по закону:

Как мы знаем, синус может быть отрицательным и положительным. Именно поэтому значение напряжения может принимать различное направление. При положительном направлении течения тока (против часовой стрелки) напряжение больше нуля, при отрицательном направлении — меньше нуля.

Резистор в цепи

Итак, давайте рассмотрим случай, когда в цепь с переменным током подключен только резистор. Сопротивление резистора называется активным. Будем рассматривать ток, который течет по цепи против часовой стрелки. В таком случае и ток, и напряжение будут иметь положительное значение.

Для определения силы тока в цепи используют следующую формулу из закона Ома:

В этих формулах I₀ и U₀  — максимальные значения тока и напряжения. Отсюда можно сделать вывод, что максимальное значение тока равно отношению максимального напряжения к активному сопротивлению:

Эти две величины изменяются в одинаковой фазе, поэтому графики величин имеют одинаковый вид, но разные амплитуды.

Конденсатор в цепи

Запомните! Невозможно получить постоянный ток в той цепи, где есть конденсатор. Он является местом для разрыва протекания тока и изменение его амплитуды. При этом переменный ток отлично течет по такой цепи, изменяя полярность конденсатора.

При рассматривании такой цепи будем предполагать, что в ней имеется исключительно конденсатор. Ток течет против часовой стрелки, то есть является положительным.

Как нам уже известно, напряжение на конденсаторе связано с его возможностью накопления заряда, то есть его величиной и ёмкостью.

Так как ток является первой производной от заряда, то можно определить, по какой формуле его можно вычислить, найдя производную с последней формулы:

Как можно заметить, в данном случае сила тока описывается законом косинуса в то время, как значение напряжения и заряда можно описать законом синуса. Это значит, что функции находятся в противоположной фазе и имеют аналогичный вид на графике.

Все мы знаем, что функции косинуса и синуса одинакового аргумента отличаются на 90 градусов друг от друга, поэтому можно получить следующие выражения:

Отсюда максимальное значение силы тока можно определить по формуле:

Величина в знаменателе — это и есть сопротивление на конденсаторе. Данное сопротивление называется емкостным. Находится и обозначается оно следующим образом:

 

При увеличении емкостного сопротивления, амплитудное значение тока падает.

Обратите внимание, в данной цепи использование закона Ома уместно только в том случае, когда необходимо определить максимальное значение тока, определить ток в любой момент времени по данному закону нельзя из-за разности фаз напряжения и силы тока.

Катушка в цепи

Рассмотрим цепь, в которой имеется катушка. Представим, что она не имеет активного сопротивления. В таком случае, казалось бы, ничего не должно препятствовать движению тока. Однако это не так. Все дело в том, что при прохождении тока через катушку начинает возникать вихревое поле, которое препятствует прохождению тока в результате образования тока самоиндукции.

Сила тока принимает следующее значение:

Снова можно заметить, что ток изменяется по закону косинуса, поэтому для данной цепи справедлив сдвиг фаз, который можно заметить и на графике:

Отсюда максимальное значение тока:

В знаменателе можем увидеть формулу, по которой определяется индуктивное сопротивление цепи.

Чем больше индуктивное сопротивление, тем меньшее значение имеет амплитуда тока.

Катушка, сопротивление и конденсатор в цепи.

Если в цепи одновременно присутствуют все виды сопротивлений, то определить значение величины тока можно следующим образом, преобразив закон Ома:

Знаменатель называется полным сопротивлением. Он состоит из суммы квадратов активного (R) и реактивного сопротивления, состоящего из емкостного и индуктивного. Полное сопротивление носит название «Импеданс».

Электроэнергия

Нельзя представить современную жизнь без использования электрических приборов, которые работают за счет энергии, которую происходит электрический ток. Весь технический прогресс основывается на электричестве.

Получение энергии из электрического тока имеет огромный ряд преимуществ:

1. Электрический ток достаточно просто производится, поскольку во всем мире существуют миллиарды электростанций, генераторов и прочих приспособлений для образования электроэнергии.

2. Передать электроэнергию можно на огромные расстояния за короткие сроки и без значительных потерь.

3. Имеется возможность преобразовывать электрическую энергию в механическую, световую, внутреннюю и другие виды.

Производство, передача и использование электрической энергии. Трансформаторы

Тип урока	Комбинированный
Используемые педагогические технологии	Технология сотрудничества с элементами  информационных технологии, проблемно-поисковые и рефлексивные технологии.
Цель урока	Создать условия для освоения учащимися новой учебной информации и включения  в процесс познания через организацию самостоятельной учебно-познавательной деятельности.
Задачи урока	Обучающие:		Развивающие:	Воспитательные:
	Получить учащихся, усвоивших принцип действия трансформатора,  изучивших физические основы производства, передачи и использования электрической энергии.		Получить учащихся, владеющих знанием о трансформаторе, умеющих различать повышающий трансформатор от понижающего. Развивать познавательную компетенцию, используя данные о производстве, передаче и использовании электроэнергии.	Получить учащихся, убежденных в том, что полученные знания помогают человеку ориентироваться в окружающем мире. Формировать  экологическую, ценностно-смысловую компетенции.
Прогнозируемый результат (знания, умения, навыки, компетенции)	Учащиеся должны усвоить принцип действия трансформатора; физические основы производства, использования и передачи  электрической энергии; выявить экологические проблемы, связанные с выработкой электроэнергии.
Оборудование	Учебник «Физика-11 класс» Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, модель трансформатора, компьютерная презентация, для актуализации опорных знаний, виртуальные лаборатории YENKA, тесты заданий для самоконтроля, оценочный лист с рефлексией.
Организационно-деятельностная  структура урока
Этап 1. Организационный момент		Цель: приветствие, проверка готовности к уроку			Длительность этапа: 2 мин.
Деятельность преподавателя		Деятельность учащихся			Формируемые компетенции
Приветствует учащихся и настраивает на работу.		Приветствие, осмысление предстоящей деятельности			Умение организовать рабочее место.
Этап 2. Актуализация знаний, мотивация, целеполагание		Цель: проверить подготовку учащихся к восприятию следующей темы.			Длительность этапа: 8 мин.
Деятельность преподавателя		Деятельность учащихся			Формируемые компетенции
– Организует индивидуальную работу студентов  по карточкам, тема: «Генерирование электрической энергии» (см. Приложение 1). – Организует опрос домашнего задания с помощью интерактивной доски: (слайд 2) Вопросы: Назовите самый распространенный источник тока? Что называют генератором? В чем сущность принципа действия генератора? Почему сердечники генератора набирают из отдельных пластин, изолированных друг от друга? Почему в гидротурбинных генераторах применяют магниты с несколькими десятками пар полюсов? Назовите преимущества электрической энергии. Что такое транспортабельность?		– 4 студента выполняют работу по карточкам. – Фронтальная работа.  Ответы на поставленные вопросы: Индукционные генераторы. Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию   В явлении электромагнитной индукции: вокруг ротора возникает переменное магнитное поле, которое порождает индукционный ток в обмотках статора. Чтобы не было потерь на токи Фуко. Чтобы увеличить частоту переменного тока. Транспортабельность, дробимость, превращаемость.  Легко передавать на большие расстояния с  малыми потерями.			Учебно-познавательные и коммуникативные – умение конкретизировать фактический материал в процессе активных умственных действий.
Этап 3. Изложение новой темы		Цель: получить учащихся усвоивших принцип действия трансформатора, изучивших основы производства, использования и  передачи электрической энергии.			Длительность этапа: 40 мин.
Деятельность преподавателя		Деятельность учащихся			Формируемые компетенции
Работа с учебником (слайд 4) Знакомство с основными  типами электростанций по плану: Что служит топливом на станциях? Принцип действия. Чему равен КПД  станции?		Слушают и записывают тему занятия: (слайд 3) Тема: «Производство, передача и использование  электрической энергии. Трансформаторы». Осуществляют поиск информации с помощью учебника «Физика-11класс» § 38-41и отвечают на поставленные вопросы (слайды 5-7)			Учебно-познавательные и информационные – умение свободно ориентироваться в тексте, умение устанавливать причинно-следственную связь явлений, анализировать и обобщать информацию.
Знакомство с особенностями энергетики в своем крае и возникшими в связи с этим экологические проблемы  (слайд 8)		Учащиеся записывают то, что Тюменская область  – главный источник углеводородного сырья, Сургут – ее энергетическое сердце. Выделяют проблемы, возникшие при производстве энергии. Убеждаются в уникальности электростанций, которые работают на попутном газе.			Ценностно-смысловые – умение видеть и понимать окружающий мир.
Организует фронтальный опрос: (слайд 9) Приведите примеры передачи энергии на расстояние. Какое действие оказывает ток на проводник? По какому закону определяется тепловое действие электрического тока? Как можно уменьшит потери энергии на нагревание?		Из жизненного опыта ребята выделяют передачу энергии по проводам ЛЭП. Учащиеся вспоминают: магнитное, химическое и тепловое действие. По закону Джоуля – Ленца Q = I2Rt Уменьшением сопротивления  или изменяя силу тока и напряжения			Предметные  компетенции –формирование новых знаний,  применение  полученных знаний при решении возникающих в повседневной жизни проблем.
– Объясняет, как можно уменьшить потери энергии при транспортировке с помощью трансформатора (слайд 10)		– Студенты убеждаются, что эффективным способом уменьшения потерь энергии является повышение напряжения.			Информационно-познавательные компетенции – умение анализировать, выделять главное, обобщать и структурировать новую информацию.
– Демонстрация модели трансформатора, знакомство  студентов с устройством и  принципом действия трансформатора.		– Записывают в тетрадь определение, зарисовывают схему трансформатора, выделяя главное, какое явление лежит в основе действия трансформатора.
– Демонстрация с помощью виртуальной лаборатории YENKA зависимости напряжения от числа витков в катушке.		– Записывают формулу для вычисления коэффициента трансформации,   определения понижающего и повышающего трансформатора (слайд 11)
– Учебно-познавательная задача: (слайд 12) 1. Проследить подачу энергии от электростанций до потребителя и представить в виде схемы 2. Объяснение преподавателя о  преимуществе передачи постоянного тока, перед переменным на большие расстояния (слайд 14)		1. Вычерчивают схему передачи электрической энергии (слайд 13) Записывают выводы в рабочую тетрадь. 3. Учащиеся рассуждают и понимают, что необходимо все станции объединить, а затем распределять энергию т.к. территория нашей страны охватывает 11 часовых поясов, случаются аварии на линии и потребление энергии в течение дня различна. 4. ЕЭС позволяет с наибольшим экономическим эффектом использовать имеющиеся энергоресурсы на огромной территории.			Информационные – готовность обучающихся самостоятельно работать с полученной информацией, преобразовывая ее в схему.
3. Разрешить ситуацию нехватки энергии во время  аварийного отключения энергии, в часы пик, веерной подачи энергии… 4. Введение понятия ЕЭС (слайд 15)
Этап 4. Закрепление новой темы. Первичный контроль.		Цель: Закрепить полученные знания о трансформаторе, физических основах производства и использования электрической энергии. Оценить уровень усвоения новых знаний.			Длительность этапа: 25 мин.
Деятельность преподавателя		Деятельность учащихся			Формируемые компетенции
1) Задание: найти и исправить ошибку в утверждении: «При очень высоком напряжении между проводами начинается коронный разряд, уменьшающий потери энергии в линии электропередачи».		Анализируют высказывание и находят ошибку. «При очень высоком напряжении между проводами начинается коронный разряд, уменьшающий (увеличивающий) потери энергии в линии электропередачи».			Ценностно-смысловые  компетенции – умение видеть и понимать окружающий мир. Коммуникативные – умение формулировать высказывание, аргументировать свой ответ, оценивать свою деятельность.
2) Ответить на вопросы: О, трансформатор, наш железный  друг! Мы слышим твой гудящий низкий звук, Как будто ты всегда на всех сердит… Скажите, почему он так гудит? Знакомство с познавательной информацией о бесшумных, высокочастотных трансформаторах.		Анализируют четверостишие и отвечают на вопрос, знакомятся с новыми бесшумными трансформаторами (слайд 16)
Вопрос:  Как, вы думаете, что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока? Вопрос:  Трансформатор при работе вхолостую получает из сети небольшую энергию. На что она расходуется? Вопрос: Чем повышающий трансформатор отличается от понижающего?		Ответ: В этом случае трансформатор сгорит, так как первичная обмотка обычно имеет ничтожно малое сопротивление, и поэтому произойдет короткое замыкание. Ответ: На нагревание обмоток трансформатора. Ответ: Количеством витков на первичной и вторичной обмотке трансформатора.
3) Выполнить тест: «Тест:  Передача электрической энергии. Трансформатор»  (см. Приложение 2).		Выполняют тестовое задание по теме и делают взаимопроверку (слайд 17)
Этап 5. Рефлексия.		Цель: Выявить уровень понимания и эмоционального психологического состояния учащихся на уроке.			Длительность этапа: 3 мин.
Деятельность преподавателя		Деятельность учащихся			Формируемые компетенции
– Предлагает выбрать эмоци

Получение, потребление, передача электроэнергии. Передача показаний электроэнергии :: SYL.ru

Развитость современного государства во многом зависит от эффективности производства и управления энергетическими ресурсами. Благодаря возможности обеспечения передачи на большие расстояния электричество стало наиболее распространенным видом энергии. Среди отличий данного энергоресурса выделяется и его способность к генерации. Кроме того, передача электроэнергии может осуществляться на высокой скорости, что упрощает технологические решения для организации сетей ее распределения и потребления. В конечном итоге этой энергией снабжается транспорт, дома, обеспечивается городская инфраструктура и т. д.

Получение

Лишь немногие обыватели задумываются о том, как электричество, на котором работают окружающие их приборы и оборудование, вырабатывается. Возможно, многих удивит, но энергии как объекта материи не существует – она является не более чем силой, сообщаемой одними предметами другим. В природе подобные процессы происходят сплошь и рядом. Наблюдая такие явления, человек стал разрабатывать способы целенаправленной выработки и направления энергии для определенных нужд. На данный момент передача и распределение электроэнергии действуют как необходимый компонент хозяйственной и промышленной деятельности любого государства. Однако на первом этапе все же остается ее производство, в котором участвуют различные виды электростанций.

Тепловые электростанции

Это один из старейших и наиболее распространенных генераторов электроэнергии. Такие станции преобразуют тепловую энергию, которая формируется путем выделения в процессе сжигания топлива органического происхождения. Но перед тем как перейти в состояние электричества, химическая топливная энергия преобразуется в механическую. В качестве топливного сырья применяется торф, уголь, мазут и т. д. В зависимости от того, какая передача электроэнергии требуется в конкретном районе или регионе, могут использоваться два вида станций. В частности, конденсационные комплексы предназначены исключительно для производства электроэнергии, а ТЭЦы (теплоэлектроцентрали) помимо электричества также осуществляют выработку тепловой энергии, которой чаще снабжаются промышленные предприятия.

Гидроэлектростанции

Такие станции представляют собой комплекс в виде строений и оборудования, за счет которых происходит преобразование энергии воды в электричество.

Гидроэлектростанции включают в себя цепь технических конструкций, которые обеспечивают оптимальную концентрацию водяных потоков и создают достаточный по силе напор. В непосредственном преобразовании энергии потока воды участвует энергетическое оборудование. Как правило, получение и передача электроэнергии на гидроэлектростанциях происходят в результате концентрации механической силы в водопадах на эксплуатируемых участках плотин. В машинном отделе станции работают гидроагрегаты, автоматические системы для контроля и управления, а также центральный пост диспетчерского управления.

Атомные электростанции

В атомных электростанциях происходит преобразование ядерной энергии. В качестве основного генератора выступает реактор, из которого выделяется тепло в процессе деления ядер тяжелых элементов. Это осуществляется по цепной реакции, в результате которой происходит выработка, а затем и передача электроэнергии с ее распределением. По сравнению с традиционными тепловыми станциями атомные реакторы функционируют не на органическом топливе, а на ядерной энергии, получаемой от плутония, урана и других элементов. Примечательно, что мировые запасы ядерных ресурсов в виде упомянутых тяжелых элементов превышают природные объемы нефти, угля, торфа и других представителей органического топлива. Это делает атомную энергетику весьма перспективной, хотя с точки зрения экологической безопасности такое соотношение трудно назвать благоприятным.

Передача электроэнергии по сетям

Для обеспечения передачи энергии используются электрические сети. Данная инфраструктура представляет собой комплекс электроустановок, реализующих трансляцию и распределение энергоресурса от вырабатывающей его станции до конечного потребителя. В зависимости от назначения передача электроэнергии может выполняться по разным сетям. В частности, выделяются следующие разновидности:

• Сети с общим назначением. Как правило, обеспечивают бытовые, транспортные, промышленные и сельскохозяйственные нужды.
• Контактные сети. Их можно выделить в отдельную группу, которая обслуживает транспортные средства, питающиеся энергией в процессе движения. Это могут быть локомотивы, трамваи, поезда и др.
• Электросети для снабжения технологических объектов. В данном случае передача электроэнергии на расстояние позволяет обслуживать удаленные производственные объекты, а также различные инженерные коммуникации.
• Сети для автономного снабжения. Питают энергией автономные и мобильные единицы, среди которых — те же станции, самолеты, суда, космические аппараты и т. д.

Линии электропередач

Электрические сети, в свою очередь, формируются линиями электропередач (ЛЭП), которые бывают двух типов: переменного и постоянного тока.

Наиболее распространены ЛЭП переменного тока благодаря существенному преимуществу. Дело в том, что передача и потребление электроэнергии за счет понижающего трансформатора возможны на любом участке такой линии. Но есть и недостатки у ЛЭП переменного тока – к примеру, индуктивное сопротивление, которое ухудшает качество трансляции электроэнергии. Таким образом, на пути к потребителям не исключается снижение напряжения в линии.

Главное достоинство ЛЭП постоянного тока заключается как раз в отсутствии индуктивного сопротивления. Помимо этого, в проводах таких линий используется меньше металла, что способствует снижению радиопомех. В линиях постоянного тока передача и распределение электроэнергии осуществляются с меньшей нагрузкой на энергосистемы, не требуя четкой синхронности. Этим достигается и долговечность ЛЭП, и экономичность в их содержании.

Энергосбыт и потребление

Завершающей стадией в процессе обслуживания электроэнергии является ее сбыт и потребление. Так же как и все продукты на рынке, энергоресурсы продаются, но в данном случае схемы реализации сложнее. Расчеты осуществляются после того как была осуществлена передача показаний электроэнергии за ее эксплуатацию в жилом помещении, офисе или производственном объекте. Сбытом энергии занимаются специальные организации, выполняющие поставки произведенной электрической энергии.

При этом существует две разновидности сбыта. В первом случае его называют энерготрейдингом, предполагающим покупку ресурса на оптовом рынке у непосредственного производителя. Далее посредник организует работу с сетевыми компаниями, которые занимаются продажами рознично. На этом этапе вновь производится передача данных за электроэнергию от конечных потребителей с последующими расчетами. Во втором варианте реализуется схема, при которой производитель изначально предлагает свои услуги на розничном рынке.

Показания за электроэнергию

Тарифы на данный ресурс могут меняться в зависимости от разных факторов. Однако способы расчета, как правило, одни и те же. Сетевые компании или представители вырабатывающего энергию предприятия снимают показания приборов учета, после чего предъявляют потребителям счета. Но чаще всего передача показаний электроэнергии производится самими пользователями. Данные отправляются в офисы организаций, высылаются через онлайн-сервисы или диктуются по телефону. В каждой компании-поставщике также предусматриваются меры по взысканию задолженностей.

Важно отметить, что начисление сумм платежей может предусматривать учет планового и фактического потребления. После того как была осуществлена передача данных за электроэнергию, представители компании составляют выписку, выставляют счет и собирают платежи.

Заключение

Технико-научный прогресс демонстрирует, что мировой энергетический потенциал является ключевым фактором развития промышленности и производства, вместе с этим повышая эффективность транспортной инфраструктуры. Но для рядовых пользователей выработка и передача электроэнергии на расстояние, прежде всего, обеспечивает личный комфорт существования. За право пользоваться энергией люди готовы оплачивать немалые суммы по тарифам. Это говорит о полезности и спросе на электричество не только среди крупных промышленных предприятий, но и у простых обывателей, жизнь которых уже не обходится без электроприборов.

Производство, передача и использование электроэнергии (стр. 1 из 4)

Реферат

по физике

на тему «Производство, передача и использование электроэнергии»

ученицы 11 класса А

МОУ школы № 85

Екатерины.

Учитель:

2003 г.

План реферата.

Введение.

1. Производство электроэнергии.

1. типы электростанций.

2. альтернативные источники энергии.

2. Передача электроэнергии.

трансформаторы.

3. Использование электроэнергии.

Введение.

Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д.

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

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

На сегодняшний день энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать.

Производство электроэнергии.

Типы электростанций.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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