Производство электроэнергии — это… Что такое Производство электроэнергии?

Производство электроэнергии

Большую часть электроэнергии, производимой в мире, вырабатывают тепловые электростанции (ТЭС), и мы как раз прибыли на одну из них. Обратите внимание на  огромные резервуары цилиндрической формы.  В этих впечатляющих «сосудах», объем которых может достигать 14 000 м³, хранится мазут – тяжелая фракция нефти, служащая одним из видов топлива в энергетической промышленности.

Из нефти сегодня вырабатывают около 7% мировой электроэнергии. Это существенная доля, если учесть высокую стоимость нефтяного топлива. Его целесообразно использовать в районах, куда природный газ и каменный уголь доставить сложнее. В нашей стране на мазуте в основном работают электростанции, расположенные на Севере и на Дальнем Востоке. Кроме того, мазут часто применяют в качестве резервного топлива на ТЭС, использующих газ как основное топливо. В России доля таких электростанций составляет 35%.

Принцип работы ТЭС основан на преобразовании тепловой энергии в механическую, а затем – в электрическую. В топке котельного агрегата сжигают топливо, чтобы привести  в движение первичный двигатель, который, в свою очередь, заведет электрогенератор. Так, в самых распространенных в мире паротурбинных ТЭС, сжигая топливо, получают водяной пар высокого давления. Он приводит в движение ротор паровой турбины, соединенный с ротором электрического генератора.

Надо сказать, что мазут – не единственный нефтепродукт, который используют для получения электроэнергии.  Для привода электрогенераторов можно применять бензиновые или дизельные двигатели внутреннего сгорания. Их малая мощность и низкий КПД компенсируются компактным размером станции и низкими расходами на установку и обслуживание. Более того, такие электростанции бывают передвижными – и если нужно обеспечить энергией геологическую экспедицию или оказать помощь в месте бедствия, они становятся настоящим спасением.

Что же до мазута, то его использование в качестве топлива для электростанций постепенно сокращается. Это во многом связано с модернизацией нефтеперерабатывающих заводов, где планируют увеличить выработку легких нефтепродуктов, соответственно, уменьшая выход тяжелых.  В будущем нефть будет активнее использоваться в качестве ценнейшего сырья для химической промышленности. А электроэнергетическая отрасль сделает ставку на альтернативные источники энергии.

Пожалуй, активнее всего сейчас развивают использование ветрогенераторов. Пока они дают менее 1% от потребляемой в мире энергии, но ситуация быстро меняется. Так, в Испании доля «ветроэнергии» уже достигла 40%, а британское правительство планирует к 2020 году перевести на нее все домохозяйства страны. Относительная дешевизна, доступность и экологическая чистота – несомненные плюсы этого направления. Но есть и недостатки: сильный шум, неровный выход энергии, необходимость в больших площадях для того, чтобы огромные лопасти современных мельниц не мешали друг другу. И, конечно же, необходимы постоянные ветра, а значит, технология подходит далеко не для всех территорий.

Впрочем, то же можно сказать и про гелиостанции. Солнечные батареи становятся частью повседневной жизни именно в южных странах, где в году много ясных дней. Теперь это не только источник электроэнергии для космических кораблей, но и свет и тепло для жителей домов, на крышах которых установлены панели фотоэлементов. В Москве солнечные батареи можно увидеть на крыше высотного здания Академии наук. Несомненно, у этой технологии большое будущее, ведь звезда по имени Солнце поставляет Земле примерно в 100 тысяч больше энергии, чем нашей цивилизации необходимо на сегодняшний день. 

Геотермальные электростанции используют тепловую энергию, выделяемую земной корой в вулканических зонах – например, в Исландии, на Камчатке, в Новой Зеландии. Такие объекты достаточно дороги, зато их эксплуатация весьма экономична. В Исландии уже сейчас используют этот энергоресурс для отопления около 90% домов.

В приморских зонах можно строить приливные электростанции, использующие колебания уровня воды. Залив или устье реки перегораживают специальной плотиной, задерживающей воду при отливе. Когда воду выпускают, она вращает турбину. Еще более удивительный метод добычи энергии – использование разницы температур океанской воды. Теплая вода нагревает легко испаряющуюся жидкость (аммиак), пары приводят в движение турбину, а затем их конденсируют при помощи холодной воды. Такая электростанция работает, в частности, на Гавайях.

По оптимистичным прогнозам, во второй половине нашего столетия доля возобновляемых и альтернативных источников в мировой энергетике может достигнуть 50%.

Чтобы узнать больше о нефтяном топливе и  о новых методах получения энергии, можно отправиться на АЗС.

Интересные факты

В наши дни, когда львиная доля электроэнергии вырабатывается за счет невозобновляемых ресурсов, в том числе из драгоценной нефти, наш долг – соблюдать элементарные правила экономии. Они ничуть не сложнее традиционного «Уходя, гасите свет». Несколько фактов для тех, кто хочет прямо сейчас стать более сознательным и бережливым жителем Земли:

• Энергосберегающая лампочка потребляет две третьих от количества энергии, необходимого для обычной лампочки, а служит на 70% дольше. 
• Эффективность отопительных приборов и кондиционеров падает на 20% из-за банальных щелей в оконных рамах.
• Если зарядное устройство для мобильного телефона постоянно подключено к сети, 95% энергии тратится впустую.
• Неправильно выбранная программа стирки приводит к 30% перерасхода энергии.
• Современные электроприборы маркируются в соответствии с классом энергоэффективности. Самые экономичные – приборы класса «А».

Краткий электронный справочник по основным нефтегазовым терминам с системой перекрестных ссылок. — М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина. М.А. Мохов, Л.В. Игревский, Е.С. Новик. 2004.

Как производят и транспортируют электроэнергию: от электростанций до дома

Электричество делает жизнь людей лучше, ярче и чище. Но прежде, чем пойти по проводам высоковольтных ЛЭП, а затем распределиться по домам и предприятиям, электрическая энергия должна быть сгенерирована электростанцией.

Электростанция

Как генерируется электроэнергия

В 1831 году М. Фарадей обнаружил, что когда магнит вращается вокруг катушки с проводом, в проводнике течет электроток. Генератор электроэнергии – устройство, преобразующее другую форму энергии в электрическую. Эти агрегаты работают на основе взаимосвязи электрического и магнитного полей. Практически всю потребляемую мощность производят генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Производство электроэнергии обычным способом осуществляется генератором с электромагнитом. Он имеет серию изолированных катушек из проволоки, образующих неподвижный цилиндр (статор). Внутри цилиндра находится вращающийся электромагнитный вал (ротор). При вращении электромагнитного вала в катушках статора возникает электроток, который и передается затем через линии электропередач к потребителям.

На электростанциях для производства электрической энергии используются турбины в качестве генераторов, которые бывают различного типа:

• паровые;
• турбины газового сгорания;
• водяные;
• ветряные.

Паровая турбина

В турбогенераторе движущаяся жидкость или газ (пар) попадают на лопатки, установленные на валу, и вращают вал, соединенный с генератором. Таким образом, механическая энергия воды или газа превращается в электрическую.

Интересно. В настоящее время 93% электроэнергии в мире дают паровые, газовые и водяные турбины, использующие биомассу, уголь, геотермальную, ядерную энергию, природный газ.

Другие типы устройств, которые генерируют электричество:

• электрохимические батареи;
• топливные устройства;
• солнечные фотогальванические элементы;
• термоэлектрические генераторы.

История электроэнергетики

До появления электричества люди сжигали растительное масло, восковые свечи, жир, керосин, газифицированный уголь для освещения домов, улиц и мастерских. Электричество позволило иметь чистое, безопасное, яркое освещение, для которого и была построена первая электростанция. Томас Эдисон запустил ее в нижнем Манхэттене (Нью-Йорк) в 1882 году и навсегда отодвинул тьму, открыв новый мир. Станция Pearl Street, работающая на угле, стала прототипом для всей развивающейся энергетики. Она состояла из шести динамо-генераторов, каждый весом 27 тонн и мощностью 100 кВт.

В России первые электростанции начали появляться в конце 80-х-90-х годов 19-го века в Москве, Санкт-Петербурге и Одессе. По мере развития передачи электроэнергии электрические станции укрупнялись и переносились ближе к источникам сырья. Мощный толчок к производству и использованию электрической энергии дал план ГОЭЛРО, принятый в 1920 г.

Первая крупная электростанция в Москве

Станции на ископаемом топливе

Ископаемое топливо – это остатки растительной и животной жизни, подвергшиеся воздействию высоких температур, высоких давлений в течение миллионов лет и оказавшиеся в форме углеродов: торфа, угля, нефти и природного газа. В отличие от самого электричества ископаемое топливо может храниться в больших количествах. Электростанции, работающие на ископаемом топливе, в целом надежны, они эксплуатируются десятилетиями.

Недостатки тепловых электростанций:

1. Сжигание топлива приводит к загрязнениям двуокисью серы и азотно-оксидному, требующим дорогостоящих систем очистки;
2. Сточные воды от использованного пара могут переносить загрязняющие вещества в водоемы;
3. Текущие трудности – большое количество углекислого газа и золы от угля.

Важно! Добыча и транспортировка ископаемых ресурсов создают экологические проблемы, которые могут привести к катастрофическим последствиям для экосистем.

КПД тепловых электростанций ниже 50%. Для его повышения применяются ТЭЦ, в которых тепловая энергия использованного пара идет на отопление и снабжение горячей водой. При этом КПД увеличивается до 70%.

Газовые турбины и станции на биомассе

Некоторые агрегаты на природном газе могут производить электроэнергию без пара. Они используют турбины, очень похожие на турбины реактивных самолетов. Однако вместо авиационного керосина они сжигают природный газ, приводя в действие генератор. Такие установки удобны, потому что их можно быстро запускать в ответ на временные скачки спроса на электроэнергию.

Газовая турбина

Существуют агрегаты, работа которых основана на сжигании биомассы. Этот термин применяется к древесным отходам или другим возобновляемым растительным материалам. Например, станция Okeelanta во Флориде сжигает отходы травы, образовавшиеся в процессе переработки сахарного тростника, в одну часть года и древесные отходы – в оставшееся время.

Гидроэлектростанции

В мире работает два типа гидроэлектростанций. Первый тип берет энергию от быстро движущегося потока, чтобы вращать турбину. Поток воды в большинстве рек может широко варьироваться в зависимости от количества осадков, и существует несколько подходящих мест вдоль русла реки для строительства электростанций.

Большинство гидроэлектростанций использует резервуар для компенсации периодов засухи и повышения давления воды в турбинах. Эти искусственные водохранилища покрывают большие площади, создавая живописные объекты. Необходимые массивные плотины также удобны для борьбы с наводнениями. В прошлом мало кто сомневался, что выгоды от их строительства превышают издержки.

Гидроэлектростанция

Однако сейчас точка зрения изменилась:

1. Теряются огромные земельные площади под водохранилища;
2. Плотины вытеснили людей, уничтожили ареал дикой природы и археологические объекты.

Некоторые издержки можно компенсировать, например, строить проходы для рыбы в плотине. Однако другие остаются, и строительство гидроэлектростанций вызывает широкие протесты местных жителей.

Второй тип гидроэлектростанций – ГАЭС, или гидроаккумулирующие. Агрегаты в них работают в двух режимах: насосном и генераторном. ГАЭС используют периоды низкого спроса (ночь) для перекачивания воды в резервуар. Когда спрос возрастает, часть этой воды направляется в гидротурбины для выработки электроэнергии. Эти станции экономически выгодны, так как используют для перекачки дешевую электроэнергию, а вырабатывают дорогую.

АЭС

Несмотря на некоторые важные технические различия, атомные электростанции являются тепловыми и производят электроэнергию во многом так же, как и установки на ископаемом топливе. Разница в том, что они генерируют пар, используя тепло атомного деления, а не от сжигания угля, нефти или газа. Затем пар работает так же, как и в тепловых агрегатах.

Атомная электростанция

Особенности АЭС:

1. Атомные установки не используют много топлива и редко заправляются, в отличие от угольных, в которые топливо грузится вагонами;
2. Парниковые газы и вредные выбросы минимальны при правильной эксплуатации, что делает атомную энергетику привлекательной для людей, обеспокоенных качеством воздуха;
3. Сточные воды более горячие, большие градирни предназначены для решения этой проблемы.

Наметившееся было стремление к ядерной энергетике дрогнуло перед лицом социальных проблем, связанных с вопросами безопасности окружающей среды и экономики. Создание лучших механизмов безопасности увеличивает затраты на строительство и эксплуатацию. До сих пор не решена проблема утилизации отработавшего ядерного топлива и загрязненных аксессуаров, которые могут оставаться опасными тысячи лет.

Важно! Авария на острове Три-Майл в 1979 г. и в Чернобыле в 1986 г. были серьезными катастрофами. Продолжающиеся экономические проблемы сделали АЭС менее привлекательными. Несмотря на то, что они производят 16% мировой электроэнергии, будущее ядерной энергетики не определено и горячо обсуждается.

Ветровая энергия

Ветровые электростанции не нуждаются в хранилищах воды и не загрязняют воздух, который несет гораздо меньше энергии, чем вода. Поэтому требуется построить либо очень большие агрегаты, либо много маленьких. Затраты на строительство могут быть высокими.

Ветровые установки

Кроме того, существует немного мест, где ветер дует предсказуемо. Турбины проектируются с помощью специальной передачи для вращения ротора с постоянной скоростью.

Альтернативные виды энергии

1. Геотермальная. Яркий пример тепла, доступного под землей, виден при извержении гейзеров. Недостаток геотермальных электростанций – необходимость строительства в районах с сейсмической опасностью;
2. Солнечная. Солнечные батареи сами являются генератором. Они используют возможность превращения солнечного излучения в электроэнергию. До недавнего времени солнечные элементы были дорогими, повышение их КПД – также сложная задача;

Солнечная батарея

3. Топливные элементы. Используются, в частности, в космических аппаратах. Там они химически объединяют водород и кислород для образования воды и получения электроэнергии. Пока такие установки дороги и не нашли широкого применения. Хотя в Японии уже создана центральная электростанция на топливных элементах.

Использование электроэнергии

Использование электрической энергии подразделяется на 3 направления:

1. Две трети от получаемой энергии идет на нужды промышленности;
2. Второе главное направление – использование электроэнергии в транспорте. Электротранспорт: железнодорожный, трамваи, троллейбусы, метро работают на постоянном и переменном токе. В последнее время появляется все больше электромобилей, для которых строится сеть заправочных станций;
3. Меньше всего потребляет электроэнергии бытовой сектор: жилые дома, магазины, офисы, образовательные учреждения, больницы и др.

По мере совершенствования технологий электрогенерации и повышения экологической безопасности сама концепция строительства крупных централизованных станций ставится под сомнение. В большинстве случаев уже экономически невыгодно обогревать дома из центра. Дальнейшее развитие топливных элементов и солнечных батарей могут полностью изменить картину производства и передачи электроэнергии. Эта возможность тем более привлекательна, если учитывать стоимость и возражения при строительстве крупных электростанций и ЛЭП.

Видео

Оцените статью:

Архивы Производство энергии — Чистая энергия

Рубрика: Производство энергии 20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев 24.11.2009 в Норвегии начала работу первая в мире электростанция, использующая разность солености морской и пресной воды для получения электроэнергии. Осмотической эта электростанция названа потому, что принцип ее работы основан на использовании явления осмоса. Выглядит…Читать далее » 20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев На каждый освещенный квадратный метр земной поверхности Солнце обрушивает 1 кВт/час световой энергии, что является весьма существенной величиной. А ежегодно на поверхность нашей планеты поступает 620 млн. млрд. кВт/час лучистой энергии. Это в тысячи раз больше нынешних…Читать далее » 20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев Еще один интересный способ улавливания солнечного излучения – использование солнечных биологических концентраторов. Суть их работы заключается в быстром разведении в озерах и искусственных водоемах микроскопических водорослей, являющихся хорошим топливом. Особенно…Читать далее » 20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев В плазменном генераторе нет подвижных частей, обычных для машины,— валов, колес, поршней и т. д. Но одна «подвижная часть» все-таки есть — это поток плазмы, мчащийся с громадной скоростью. В термоэлектрическом генераторе электроэнергии, о котором пойдет сейчас речь, нет…Читать далее » 20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев Двигатель внутреннего сгорания появился примерно через 100 лет после паровой машины. И хотя он в чем-то на нее похож, однако работает этот двигатель гораздо лучше. Он быстрее, экономичнее, и имеет более высокий к.п.д., доходящий до 35 и даже 39%. При одной и той же мощности…Читать далее » 20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев Рассмотрим движение проводника в плоскости, перпендикулярной направлению поля, когда один конец проводника неподвижен, а другой описывает окружность. Электродвижущая сила на концах проводника определяется формулой закона электромагнитной индукции. Машина, работающая…Читать далее » 20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев Принцип работы ветряного двигателя аналогичен водяному двигателю, только колесо с лопастями в нем вращает не вода, а ветер. При помощи ветряных двигателей приводят в движение насосы, выкачивающие воду из глубоких колодцев. Также их используют и для получения…Читать далее » 20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев Основной принцип идеи солнечных космических электростанций заключается в том, что установки, расположенные на поверхности Луны, или в космосе концентрируют солнечное излучение и передают его в виде микроволнового пучка на приемник, расположенный на поверхности…Читать далее » 14 09 2016      greenman       Пока нет комментариев Тепловые электростанции вырабатывают в нашей стране около 80% электроэнергии. Эти станции работают на каменном угле, торфе, сланцах, природном газе. Рассмотрим, к примеру, принцип работы тепловой электростанции на каменном угле. Каменный уголь привозится к станции по…Читать далее » 11 08 2016      greenman       Пока нет комментариев Много лет ученые пытаются повысить к.п.д. тепловых машин — совершенствуют конструкции агрегатов, увеличивают их мощность и т. д. Но повышение к.п.д. сверх 40% связано с большими трудностями. Поэтому заманчива другая идея — полностью отказаться от тепловых машин и…Читать далее » 01 07 2016      greenman       Пока нет комментариев Еще один крупный источник энергии скрыт глубоко под землей. Там, на глубине полутора, двух, а то и трех километров, существуют целые моря, заполненные горячей водой. Такие источники есть в Италии и Исландии, у нас на Камчатке, на Северном Кавказе, в Сибири и даже в…Читать далее » 05 06 2016      greenman       1 комментарий Наука твердо знает: превращение тепла в работу тем выгоднее, чем сильнее нагрет пар. Если на обычной современной электростанции поднять температуру пара до 1000—1500°, ее к. п. д. сам собой увеличится в полтора раза. Но беда в том, что сделать это никак нельзя, ведь такой…Читать далее » 25 05 2016      greenman       Пока нет комментариев Паровые и газовые двигатели часто объединяют общим названием «тепловые». Каждый такой двигатель превращает в механическую работу тепловую энергию пара или газа. Но это превращение тепловые двигатели выполняют разными способами. Старейшему двигателю этого класса —…Читать далее » 22 04 2016      greenman       Пока нет комментариев Уже больше полувека в разных странах идет напряженная работа. Ученые пытаются подобрать ключ к еще одной, самой грандиозной энергетической кладовой. Они хотят добывать энергию из воды. Многим термоядерная электростанция справедливо видится единственным путем…Читать далее » 20 04 2016      greenman       Пока нет комментариев Электрические двигатели иногда называют «вторичными», поскольку энергию для них необходимо предварительно выработать при помощи «первичного» двигателя и электрогенератора. Но эти бездымные и практически бесшумные, мощные и долговечные двигатели успели занять первое…Читать далее » 20 03 2016      greenman       Пока нет комментариев На электростанциях, на многих кораблях и на самолетах действуют тепловые двигатели без поршней — турбины. Обычно турбины подразделяют на паровые и газовые. Если поршневые двигатели используют давление пара или газа, т. е. их потенциальную, внутреннюю энергию, то турбины…Читать далее » 11 03 2016      greenman       Пока нет комментариев Сегодня всем нам знакомы бытовые электрогенераторы. В зависимости от потребляемого топлива, назначения и типа используемого двигателя, это могут быть бензиновые, газовые, дизельные и даже ветряные электрические генераторы. Эти устройства прочно вошли в нашу жизнь, и мы…Читать далее » 20 02 2016      greenman       Пока нет комментариев Притяжение Солнца и Луны заставляет океанскую воду дважды в сутки наступать на берег и дважды отходить назад. Подсчитано, что если разность уровней между приливом и отливом больше четырех метров, то приливно-отливные электростанции будут хорошо работать. А таких мест на…Читать далее » 20 02 2016      greenman       Пока нет комментариев Радиолампы (хотя бы в музее) видел каждый. Многие знают, как они устроены. Но мало кому известно, что простейшая радиолампа с двумя электродами внутри — она в радиотехнике зовется диодом — может стать генератором электрической энергии. Для этого нужно только нагревать…Читать далее » 20 02 2016      greenman       Пока нет комментариев Каждому современному человеку понятно, что самая удобная энергия для использования в промышленности и в быту – электрическая. Основная часть энергии вырабатывается на тепловых станциях и гидроэлектростанциях. Атомные электростанции вырабатывают лишь небольшую долю…Читать далее » 20 01 2016      greenman       Пока нет комментариев Водяные двигатели, преобразующие энергию движущейся воды в механическую энергию вращения, издревле используются людьми. Если до половины погрузить в реку колесо с лопастями на ободе, то оно начнет вращаться, поскольку вода начнет увлекать за собой нижние лопасти колеса….Читать далее » Под производством энергии следует понимать преобразование энергии из «неудобной» для использования человеком формы в «удобную». К примеру, солнечный свет можно использовать, принимая солнечную энергию непосредственно от Светила, а можно выработать из него электрическую энергию, которая в свою очередь будет преобразована в свет внутри помещения. Можно сжигать газ в двигателе внутреннего сгорания, преобразуя химическую энергию молекулярных связей в механическую энергию – вращение вала. А можно сжигать газ в топливном элементе, преобразуя ту же химическую энергию связей в электромагнитную энергию, которая затем будет преобразована в механическую энергию вращения вала. КПД различных алгоритмов преобразования энергии различается. Однако, это не следствие «ущербности» тех или иных энергетических цепочек. Причина различия КПД в разном уровне развития технологий. К примеру, КПД больших дизельных двигателей, устанавливаемых на океанских нефтеналивных танкерах и контейнеровозах существенно выше, чем КПД автомобильного дизеля. Однако с автомобильного двигателя снимают в разы больше лошадиных сил, и платить в итоге приходится снижением КПД.

Вообще, централизованная энергетика выглядит привлекательно лишь на первый взгляд

К примеру, ГЭС дают множество дармовой электроэнергии, но они очень дороги в постройке, оказывают разрушительное воздействие на экологию региона, вынуждают переносить поселки и строить города. А в засушливых странах последствия строительства ГЭС приводят к обезвоживанию целых регионов, где жителям не хватает воды даже для питья, а не то, что для сельского хозяйства. Атомные станции выглядят привлекательно, но производство атомной энергии, создает проблему утилизации и захоронения высокорадиоактивных отходов. Тепловые станции тоже не так плохи, ведь они составляют подавляющую часть производства тепловой энергии и электричества. Но они выбрасывают в атмосферу углекислый газ и сокращают запасы полезных ископаемых. Но почему мы строим все эти станции, передаем, преобразуем и теряем огромные объемы энергии. Дело в том, что нам нужна конкретная энергия – электричество. Но ведь возможно построение таких производственных и жизненных процессов, когда не потребуется ни производить энергию в значительном удалении от потребителя, ни передавать ее на большие расстояния. Например, проблема получения водорода будет очень сложной, если начать производить его как топливо для автомобилей в мировых масштабах. Выделение водорода из воды электролизом – очень энергетически затратный процесс, который потребует удвоения мирового производства электроэнергии, в случае перевода всех авто на водород.

Но разве обязательно «сажать» водородное производство на старые мощности?

Ведь можно выделять водород из океанской воды на плавучих платформах, используя для этого энергию солнца. Тогда получится, что солнечная энергия надежно «консервируется» в водородном топливе и перевозится куда необходимо. Ведь это куда выгоднее, нежели передавать и хранить электроэнергию. Сегодня для производства энергии применяются следующие устройства и сооружения: печи, двигатели внутреннего сгорания, электрогенераторы, турбины, солнечные батареи, Ветровые установки и электростанции, дамбы и ГЭС, приливные станции, геотермальные станции, атомные станции, термоядерные реакторы.

Производство электрической энергии

Категория: Электромонтажные работы

Производство электрической энергии

Электрическая энергия (электроэнергия) является наиболее совершенным видом энергии и используется во всех сферах и отраслях материального производства. К ее преимуществам относят — возможность передачи на большие расстояния и преобразование в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др).

Электрическая энергия вырабатывается на специальных предприятиях — электрических станциях, преобразующих в электрическую другие виды энергии: химическую, топлива, энергию воды, ветра, солнца, атомную.

Возможность передачи электроэнергии на большие расстояния позволяет строить электростанции вблизи мест нахождения топлива или на многоводных реках, что является более экономичным, чем подвоз в больших количествах топлива к электростанциям, расположенным вблизи потребителей электроэнергии.

В зависимости от вида используемой энергии различают электростанции тепловые, гидравлические, атомные. Электростанции, использующие энергию ветра и теплоту солнечных лучей, представляют собой пока маломощные источники электроэнергии, не имеющие промышленного значения.

На тепловых электростанциях используется тепловая энергия, получаемая при сжигании в топках котлов твердого топлива (уголь, торф, горючие сланцы), жидкого (мазут) и газообразного (природный газ, а на металлургических заводах — доменный и коксовый газ).

Тепловая энергия превращается в механическую энергию вращением турбины, которая в генераторе, соединенном с турбиной, преобразуется в электрическую. Генератор становится источником электроэнергии. Тепловые электростанции различают по виду первичного двигателя: паровая турбина, паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, локомобиль, газовая турбина. Кроме того, паротурбинные электростанции подразделяют на конденсационные и теплофикационные. Конденсационные станции снабжают потребителей только электрической энергией. Отработанный пар проходит цикл охлаждения и, превращаясь в конденсат, вновь подается в котел.

Снабжение потребителей тепловой и электрической энергией осуществляется теплофикационными станциями, называемыми теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). На этих станциях тепловая энергия только частично преобразуется в электрическую, а в основном расходуется на снабжение промышленных предприятий и других потребителей, расположенных в непосредственной близости от электростанций, паром и горячей водой.

Гидроэлектростанции (ГЭС) сооружают на реках, являющихся неиссякаемым источником энергии для электростанций. Они текут с возвышенностей в низины и, следовательно, способны совершать механическую работу. На горных реках сооружают ГЭС, используя естественный напор воды. На равнинных реках напор создается искусственно сооружением плотин, вследствие разности уровней воды по обеим сторонам плотины. Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, в которых энергия потока воды преобразуется в механическую энергию.

Вода вращает рабочее колесо гидротурбины и генератор, при этом механическая энергия гидротурбины преобразуется в электрическую, вырабатываемую генератором. Сооружение ГЭС решает кроме задачи выработки электроэнергии также комплекс других задач народнохозяйственного значения — улучшение судоходства рек, орошение и обводнение засушливых земель, улучшение водоснабжения городов и промышленных предприятий.

Атомные электростанции (АЭС) относят к тепловым паротурбинным станциям, работающим не на органическом топливе, а использующим в качестве источника энергии теплоту, получаемую в процессе деления ядер атомов ядерного топлива (горючего), — урана или плутония. На АЭС роль котельных агрегатов выполняют атомные реакторы и парогенераторы.

Электроснабжение потребителей осуществляется преимущественно от электрических сетей, объединяющих ряд электростанций. Параллельная работа электрических станций на общую электрическую сеть обеспечивает рациональное распределение нагрузки между электростанциями, наиболее экономичную выработку электроэнергии, лучшее использование установленной мощности станций, повышение надежности электроснабжения потребителей и отпуска им электроэнергии с нормальными качественными показателями по частоте и напряжению.

Необходимость объединения вызвана неодинаковой нагрузкой электростанций. Спрос потребителей на электроэнергию резко изменяется не только в течение суток, но и в разные времена года. Зимой потребление электроэнергии на освещение возрастает. В сельском хозяйстве электроэнергия в больших количествах нужна летом на полевые работы и орошение.

Разница в степени загрузки станций особо ощутима при значительном отдалении районов потребления электроэнергии друг от друга в направлении с востока на запад, что объясняется разновременностью наступления часов утренних и вечерних максимумов нагрузки. Чтобы обеспечить надежность электроснабжения потребителей и полнее использовать мощность электростанций, работающих в разных режимах, их объединяют в энергетические или электрические системы с помощью электрических сетей высокого напряжения.

Совокупность электростанций, линий электропередачи и тепловых сетей, а также приемников электро- и тепло-энергии, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и потребления электрической и тепловой энергии, называют энергетической системой (энергосистемой). Электрическая система, состоящая из подстанций и линий электропередачи различных напряжений, — часть энергосистемы.

Энергосистемы отдельных районов в свою очередь соединены между собой для параллельной работы и образуют крупные системы, например единая энергетическая система (ЕЭС) европейской части СССР, объединенные системы Сибири, Казахстана, Средней Азии и др.

Теплоэлектроцентрали и заводские электростанции обычно связаны с электросетью ближайшей энергосистемы по линиям генераторного напряжения 6 и 10 кВ или линиям более высокого напряжения (35 кВ и выше) через трансформаторные подстанции. Передача энергии, выработанной мощными районными электростанциями, в электросеть для снабжения потребителей осуществляется по линиям высокого напряжения (110 кВ и выше).

Электромонтажные работы — Производство электрической энергии

Энергия (общество) — Википедия

Часто говоря об энергии подразумевают энергоносители.

Использование эне́ргии является основой развития человеческого общества и позволяет ему изменять окружающую среду. Общественные формы использования энергии являются решающими для воспроизводства его результатов. В индустриальном и постиндустриальном обществах разработка энергетических ресурсов необходима для сельского хозяйства, транспорта, переработки отходов, развития информационных технологий и телекоммуникаций и других отраслей экономики, развитие которых означает достижение высокого уровня общественного развития. С другой стороны, стихийный рост потребления энергии в результате Индустриальная революция и постиндустриальной революций привел к множеству серьёзных проблем, некоторые из которых (например, глобальное потепление) представляют большую опасность для человечества.

Когда речь идет об обществе, слово энергия используется в качестве синонима энергетическим ресурсам и чаще всего относится к таким понятиям, как топливо, нефтепродукты и электричество. Это источники полезной энергии, т. е. они могут легко быть преобразованы в другие формы энергии, полезные для выполнения конкретных задач. Такое отличие понятия от энергии в физическом смысле иногда может стать причиной недопонимания, поскольку энергетические ресурсы не сохраняются подобно энергии в физике. Фактическое содержание энергии не изменяется, однако когда она преобразуется, например в тепло, она становится менее полезной для общества, и говорят, что энергия была использована.

Когда используются такие фразы, как «энергетический кризис» и «нужно экономить энергию», то прежде всего следует иметь в виду, что энергия в человеческом обществе используется, главным образом, в соответствии с характером существующих в нем форм общественного развития, то есть речь не идет о законе сохранения энергии как он формулируется в физике. Для сбережения общественной энергии необходимо в первую очередь оптимизировать характер общественного развития.

Производство и потребление энергии неразрывно связаны с мировой экономикой. Для выполнения любой экономической деятельности необходима энергия: для производства товаров, их транспортировки, для питания компьютеров и другой техники. Рост экономики всегда связан с увеличением производительности труда, а увеличение производительности, как правило, с использованием новых автоматизированных средств производства, которым для работы необходима такая форма энергии как электричество.

Многие исследователи видят неразрывную связь роста производства с ростом энергопотребления.^[1] Однако эта связь не является неразрывной. Многие правительства рассматривают повышение эффективности энергопотребления, а значит и снижение зависимости от энергии, как важное направление экономической политики.

Понятие энергетического кризиса появилось в 1973 году, когда ОПЕК, Организация стран-экспортеров нефти, наложили эмбарго на поставки нефти в США, в результате чего очереди на заправках Соединенных Штатов иногда достигали нескольких километров, а цена на нефть поднялась с 3 до 11 долларов к январю 1974 года. Ответом на это стал предложенный президентом Ричардом Никсоном «Проект Независимость». По словам Никсона, «к концу этого десятилетия, в 1980 году, Соединенные Штаты не будут зависеть от любой другой страны для получения энергии для наших работ, отопления наших домов и для движения нашего транспорта». В 1977 году, президент Джимми Картер назвал борьбу за энергетическую независимость «моральным эквивалентом войны», и поставил её одним из первых пунктов в списке государственных приоритетов. Борьбу за энергетическую независимость остановил президент Рональд Рейган, когда в 1980-м году он отказал в финансировании разработок альтернативных источников энергии. Однако фраза «энергетическая независимость» твердо вошла в оборот многих языков.

Осознание приближения нового энергетического кризиса основывается на концепции пика нефти и знаний того, что Индия и Китай стремятся такому же уровню жизни, как и у Северной Америки, Европы или Японии.

Потребление энергетических ресурсов (например, работающая лампочка) увеличивает загрязнение воздуха и воды. Многие электростанции для выработки электричества сжигают уголь, нефть или природный газ, в процессе вырабатывая двуокись углерода (CO₂), двуокись и трехоксид серы (SOx) и оксиды азота (NOx) и другие загрязняющие вещества. Двуокись углерода (углекислый газ) является парниковым газом, частично ответственным за ускорение процесса глобального потепления, особенно заметного если сравнивать температурные записи XIX века с температурой нескольких тысяч лет до этого, которую можно узнать с помощью анализа арктических льдов.

В результате сжигания ископаемых горючих для выработки электроэнергии в атмосферу также выбрасываются находящиеся в них металлы (бериллий, кадмий, хром, медь, марганец, ртуть, никель, серебро), которые также являются загрязнителями. Благодаря тому, что возобновляемые источники энергии гораздо меньше загрязняют окружающую среду, они могли бы стать основой более чистой энергетики будущего.^[2] Такие возобновляемые ресурсы, как биотопливо, солнечную энергию, энергию приливов, ветряные турбины, гидроэлектрика и т.д. могли бы служить для выработки энергии. Тем не менее, некоторые природозащитные организации указывают на то, что использование даже самых чистых источников энергии оказывает негативное влияние на окружающую среду. Так, невозможно избежать загрязнений в процессе производства и утилизации оборудования, необходимого для получения электроэнергии. Но и сторонники, и противники альтернативных источников энергии соглашаются в том, что наиболее эффективный способ защиты окружающей среды от постоянно возрастающего производства энергии, это энергосбережение.

С увеличением потребности в энергии, общество все лучше понимает, что доступных на сегодняшний день источников не достаточно, чтобы обеспечить будущие потребности человечества. Поэтому существует срочная необходимость поиска новых источников энергии, включая разработку новых месторождений нефти и газа, в том числе нетрадиционных, или использование мало развитых или неисследованных способов получения энергии.

В настоящее время наиболее перспективными считаются исследования в области термоядерного синтеза, в теории позволяющего получать огромное количество сравнительно чистой энергии из ядерных реакций дейтерия (тяжелого изотопа водорода). Запасов тяжелой воды для такого синтеза на земле хватит на много тысяч лет). Предлагаются также новые способы хранения энергии. Например, для дальних космических полетов необходимы небольшие и мощные источники энергии, и таким источником может стать аннигиляция материи.^[3] Однако, в наше время ещё не найдено способа производства антиматерии в сколь угодно значимом количестве и его хранения. Другим перспективным способом хранения энергии является искусственный фотосинтез, процесс преобразования углекислого газа в полезное горючее. Однако по своей сути, это лишь ещё один способ применения солнечной энергии.

Поскольку стоимость энергии в наше время является значимым экономическим фактором, управление энергетическими ресурсами становится одним из ключевых направлений увеличения производительности. Задача энергетического управления заключается в использовании доступных энергетических ресурсов более эффективно с наименьшими дополнительными затратами. Зачастую удается уменьшить потребление электроэнергии без привлечения новых технологий, за счет лишь методов управления.^[4] Чаще всего энергетическое управление заключается в поиске более эффективных способов использования энергии, например, за счет минимизации неиспользуемых мощностей и приведение к соответствию выработки энергии с необходимыми энергетическими затратами.

Поскольку энергия играют важнейшую роль в функционировании индустриального общества, контроль над энергетическими ресурсами оказывает постоянно возрастающее влияние на политику. На национальном уровне, правительства пытаются контролировать на распределение ресурсов в обществе посредством цен, а также контролируют право собственности на энергоресурсы. Они также могут оказывать влияние на использование энергии бизнесом для решения экологических проблем.

Одним из недавних политических споров касательно энергоресурсов стала война в Ираке. Некоторые аналитики считают, что скрытой причиной иракских конфликтов как в 1991, так и в 2003 годах, является стремление стратегического контроля над источниками энергетических ресурсов.^[5] Однако противники этого мнения указывают на то, что, согласно оценкам экспертов, США потратили $336 миллиардов на войну в Ираке,^[6] однако импорт нефти в США в 2004 году оценивается около $25 миллиардов^[7]

Производство энергии для покрытия нужд общества является одной из важнейших потребностей современной экономики, и в этом направлении работает огромное количество людей. Большинство из них заняты в области увеличения количества производимой электроэнергии и нефти. В то же время разрабатываются новые методы получения полезной энергии из доступных ресурсов. Одним из направлений таких исследований является добыча из воды водородного топлива. Хотя в результате использования водорода не выделяется загрязняющих веществ, для его производства требуются значительные энергозатраты, а существующие технологии выделения водорода не очень эффективны. В этой области одним из перспективных направлений является ферментное разложение биомассы.^[8].

Также появляются новые способы использования уже применяемых ресурсов. Так, преобразование ископаемого угля в газ или жидкость получает все большее распространение благодаря большему удобству транспортировки газа и жидкости, а также понимания того, что запасы нефти могут иссякнуть в ближайшее время. Также смотри альтернативные источники энергии.

Любому обществу необходимо обеспечивать транспортировку материалов и продуктов на некоторое расстояние, чему обычно противодействует сила трения и сопротивления среды. Поскольку приложение силы на протяжении какого-то расстояния требует источника полезной энергии, такие источники оказываются очень ценными для общества.

Энергоресурсы являются необходимой составляющей любого вида транспорта, однако транспортировка самих ресурсов оказывается не менее важной. Чаще всего, источники энергетических ресурсов находятся на значительном расстоянии от места их использования, поэтому всегда стоит вопрос об их эффективном перемещении. Некоторые энергоресурсы, например жидкие или газообразные топлива, могут быть транспортированы на танкерах, газовозах или по трубопроводам. Для передачи электричества необходима сеть линий электропередачи.

С тех пор, как человечество открыло различные источники энергии в природе, оно постоянно изобретало новые приспособления для её использования, известные как машины, чтобы сделать жизнь более удобной. Так, хотя первобытные люди и умели употреблять огонь для приготовления пищи, современные газовые плиты и микроволновые печи позволяют использовать энергию для одной конкретной цели многими различными способами. То же самое наблюдается и в других областях жизнедеятельности человека.

Uch Производство электроэнергии — PhysBook

Производство и использование электрической энергии

Производство электрической энергии

В настоящее время в нашей стране большая часть электроэнергии производится на мощных электростанциях, на которых в электрическую энергию преобразуется какой-либо другой вид энергии.

В зависимости от вида энергии, которая преобразуется в электрическую, различают три основных типа электростанций: тепловые, гидро- и атомные электростанции.

На тепловых электростанциях источником энергии служит топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания. Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (ТЭС).

На тепловых паротурбинных электростанциях (рис. 1) в паровых котлах 1 химическая энергия топлива превращается в энергию пара 2. В турбинах 3 энергия пара преобразуется в механическую, а затем в генераторе 4, имеющем общий вал с турбиной, превращается в электрическую. От генератора энергия направляется на шины распределительного устройства станции. Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор 5, который охлаждается проточной водой 6, и конденсат 7 в виде горячей дистиллированной воды возвращается в котел. Такие станции принято называть тепловыми конденсационными станциями.

Тепловые конденсационные электростанции большой мощности обычно располагаются недалеко от источников топлива и крупных водоемов.

Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Причем большая часть энергии теряется вместе с горячим отработавшим паром. Специальные тепловые электростанции, так называемые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), позволяют значительную часть энергии отработавшего пара использовать для отопления и технологических процессов в промышленных предприятиях, а также для бытовых нужд (отопление, горячее водоснабжение). В результате КПД ТЭЦ достигает 60-70%. В настоящее время в нашей стране ТЭЦ дают около 40% всей производимой электроэнергии.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) энергия движущейся воды в гидротурбине превращается в механическую, а затем в генераторе преобразуется в электрическую (рис. 2. Цифрами обозначены: 1 — генератор; 2 — трансформатор; 3 — турбина; 4 — лопатки направляющего аппарата). Мощность станции зависит от создаваемой плотиной разности уровней воды (напора) и от массы воды, проходящей через турбины в секунду (расхода воды). Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

На атомных электростанциях (АЭС) технология производства электрической энергии почти такая же, как и на ТЭС. Разница состоит в том, что на АЭС энергию для преобразования воды в пар дает ядерный реактор.

Кроме мощных электростанций, находящихся в районах сосредоточения энергетических ресурсов (полноводные реки, природные запасы энергии в виде дешевых углей, торфа и т. д.), имеется группа станций местного значения. Они располагаются в непосредственной близости к потребителям. К ним относятся ТЭЦ, станции промышленных предприятий, городские, сельскохозяйственные, ветровые, передвижные ит. д.

Использование электроэнергии

Главным потребителем электроэнергии в нашей стране является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. На фабриках и заводах, в шахтах и рудниках электродвигатели приводят в движение станки и различные механизмы. Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и т. п.).

Исключительно важное значение имеет применение электрической энергии в сельском хозяйстве. Здесь электроэнергия используется для освещения, приведения в действие различных машин, а также аппаратов, применяемых для механической дойки, стрижки овец, пастеризации молока, приготовления кормов, на птицеводческих фермах и т. д. и т. п.

Современное строительство немыслимо без использования электроэнергии, прежде всего, для приведения в действие подъемных механизмов и для электросварки.

Крупным потребителем электрической энергии является транспорт: железнодорожный и городской (метро, троллейбус, трамвай).

Без электроэнергии не будет работать телефонная и телеграфная связь, радио, телевидение.

Электрическая энергия используется в автоматике и вычислительной технике. О применении электроэнергии для освещения жилищ, предприятий, учреждений, уличного освещения, а также в быту (электроплиты, холодильники, стиральные машины, пылесосы, электробритвы и другие электробытовые приборы) знает каждый.

Литература

Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Колебания и волны. 11 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики. — М.: Дрофа, 2002. — С. 140-143.

Производство электроэнергии

На сегодняшний день мы уже не можем представить свою жизнь без электричества. Практически все приборы работают от питания электроэнергией, и даже те, которые её вырабатывают.

Существует несколько типов электростанций – ТЭС, ГЭС, АЭС, БЭС, ПЭС и др., и источников, из которых мы научились получать так необходимую нам энергию. В начале освоения энергетики основным сырьём для производства являлся каменный уголь. Сейчас же, спустя столетие, мы научились производить электроэнергию, используя и другие ресурсы.

Производство электроэнергии в мире

Лидирующей страной по производству электроэнергии в мире является США. На втором месте Китай. Затем Европейский союз, Россия, Япония. В наше время производство электроэнергии тепловыми электростанциями в основном происходит с использованием нефти, а точнее, ее фракции, именуемой как мазут. Но его использование постепенно сокращается. Так как мы живём в непростое для всего мира в экологическом отношении время, на смену приходит более «чистое» производство электроэнергии.

Одной из первых была освоена ветровая энергия. На земле постоянно везде и повсюду дуют ветра. А значит, условия для развития ветроэнергетики более чем благоприятны. Это экологически чистое и легкодоступное производство.

Ещё одним альтернативным вариантом является производство электроэнергии при помощи солнца. Интерес к данному вопросу значительно вырос в последнее время и продолжает расти. Многие умы трудятся над тем, чтобы получение электроэнергии с помощью солнечных батарей стало более выгодным. Конечно, в разных странах производство электроэнергии развито по-разному. И если гелиостанции для переработки солнечной энергии в России подходят только для некоторых южных регионов, то, к примеру, Южная Америка может использовать данное производство на полную мощь. То же касается и использования ветроэнергетики. В некоторых странах пока на начальном этапе развития находятся геотермальные станции, которые используют энергию, выделяющуюся из земли в вулканических зонах. В обслуживании такие электростанции достаточно экономичны, но сама постройка таких объектов дорога.

Передача электроэнергии

Одной из важнейших задач энергетики является производство и передача электроэнергии к потребителю. А потребители имеются повсюду. Поскольку электроэнергия вырабатывается лишь в определённых местах, возникает потребность передачи её на большие расстояния. Для передачи электроэнергии в основном используются ЛЭП – воздушные линии электропередач. Известно, что при передаче электроэнергии на большие расстояния происходят заметные ее потери. При значительном расстоянии до потребителя передача может стать вообще невыгодной. Для того чтобы сохранить передаваемую мощность, необходимо повысить напряжение в линии электропередачи. При этом чем больше расстояние, тем выше должно быть напряжение. Именно для этого на электростанциях устанавливают увеличивающие напряжение трансформаторы.

Существует также «закрытая» электропередача. Она представляет собой замкнутую конструкцию, заполненную электроизолирующим газом. Внутри располагаются провода под высоким напряжением.

Но не всегда выгодна даже такая передача электроэнергии. В некоторых случаях, а именно при очень больших расстояниях, целесообразней перевозить топливо для производства по железной дороге: уголь — в ёмких вагонах, а мазут — в цистернах.

Если говорить о будущем, то поскольку нефть достаточно нестабильна в отношении цен, да и запасов становится в разы меньше, вскоре мы снова вернёмся к преимущественному использованию каменного угля для производства электроэнергии.