Production et consommation d'énergie électrique. Principales caractéristiques de l'industrie électrique russe

L’électricité, en tant que moteur fondamental du développement de la civilisation, est entrée dans la vie de l’humanité relativement récemment. L'utilisation active de l'électricité a commencé il y a un peu plus de cent ans.

Histoire de l'industrie mondiale de l'énergie électrique

L’industrie de l’énergie électrique est une industrie stratégique système économique n’importe quel état. L'histoire de l'émergence et du développement de l'efficacité énergétique remonte à la fin du XIXe siècle. Le précurseur de l’émergence de la production industrielle d’électricité a été la découverte de lois fondamentales sur la nature et les propriétés du courant électrique.

On considère que le point de départ de la production et du transport d’électricité est 1892. C’est alors que la première centrale électrique est construite à New York sous la houlette de Thomas Edison. La station est devenue une source de courant électrique pour l’éclairage public. Il s'agissait de la première expérience de conversion de l'énergie thermique issue de la combustion du charbon en électricité.

Depuis lors, l’ère de la construction massive de centrales thermiques (TPP) fonctionnant au combustible solide – le charbon thermique – a commencé. Avec le développement de l'industrie pétrolière, d'énormes réserves de fioul sont apparues, formées grâce au raffinage des produits pétroliers. Des technologies ont été développées pour obtenir un vecteur d'énergie thermique (vapeur) à partir de la combustion de fioul.

Depuis les années trente du siècle dernier, les centrales hydroélectriques (HPP) se sont généralisées. Les entreprises ont commencé à utiliser l’énergie des chutes d’eau des rivières et des réservoirs.

Dans les années 70, la construction rapide de centrales nucléaires (NPP) a commencé. Parallèlement, des sources alternatives d'électricité ont commencé à être développées et introduites: éoliennes, panneaux solaires, géostations alcalines-acides. Des mini-installations sont apparues qui utilisent la chaleur pour produire de l'électricité à la suite de processus chimiques de décomposition du fumier et des déchets ménagers.

Histoire de l'industrie électrique russe

L'adoption par le jeune État de l'URSS du plan GOELRO en 1920 a été un puissant élan pour le développement de la production d'énergie électrique. Il a été décidé de construire 10 centrales électriques d'une capacité totale de 640 000 kW sur 15 ans. Cependant, en 1935, 40 centrales électriques régionales d'État (GRES) étaient mises en service. Une base puissante pour l’industrialisation de la Russie et des républiques fédérées a été créée.

Dans les années 1930, la construction massive de centrales hydroélectriques (HPP) a commencé sur le territoire de l'URSS. Les fleuves de Sibérie furent aménagés. La célèbre centrale hydroélectrique du Dniepr a été construite en Ukraine. Dans les années d'après-guerre, l'État s'est concentré sur la construction de centrales hydroélectriques.

Important! L'émergence d'une électricité bon marché en Russie a résolu le problème des transports urbains dans les grands centres régionaux. Les tramways et les trolleybus sont non seulement devenus une incitation économique à l'utilisation de l'électricité dans les transports, mais ont également entraîné une réduction significative de la consommation de carburant liquide. Des ressources énergétiques bon marché ont conduit à l’émergence de les chemins de fer locomotives électriques

Dans les années 70, à la suite de la crise énergétique mondiale, les prix du pétrole ont fortement augmenté. Un plan de développement de l'énergie nucléaire a commencé à être mis en œuvre en Russie. Dans presque toutes les républiques Union soviétique a commencé à construire des centrales nucléaires. La Russie d'aujourd'hui est devenue leader dans ce domaine. Aujourd'hui sur le territoire Fédération Russe Il y a 21 centrales nucléaires en activité.

Processus technologiques de base dans l'industrie de l'énergie électrique

La production d’électricité en Russie repose sur trois piliers du système énergétique. Il s'agit du nucléaire, du thermique et de l'hydroélectricité.

Trois types de production d'électricité

Industries de l'énergie électrique

La liste des sources industrielles de production d'énergie électrique se compose de 4 secteurs énergétiques :

• atomique;
• thermique;
• l'hydroélectricité;
• alternative.

Pouvoir nucléaire

Cette industrie de production d'énergie est aujourd'hui la plus façon efficace produire de l’électricité grâce à une réaction nucléaire. À cette fin, de l'uranium purifié est utilisé. Le cœur de la station est le réacteur nucléaire.

Les sources de chaleur sont des éléments combustibles (fuel elements). Ce sont de longs et minces tubes de zirconium contenant des comprimés d'uranium. Ils sont regroupés en groupes - assemblage combustible (assemblage combustible). Ils chargent la cuve du réacteur, dans le corps de laquelle se trouvent des tuyaux d'eau. Lors de la désintégration nucléaire de l'uranium, de la chaleur est dégagée, ce qui chauffe l'eau du circuit primaire jusqu'à 3 200°C.

La vapeur s'écoule vers les aubes de turbine, qui font tourner des générateurs de courant alternatif. L'électricité entre dans le système énergétique général via des transformateurs.

Note! En souvenir de la tragédie de Tchernobyl, les scientifiques du monde entier améliorent le système de sécurité des centrales nucléaires. Les derniers développements dans le domaine de l'énergie nucléaire garantissent que les centrales nucléaires sont presque 100 % inoffensives.

L'énérgie thermique

Les centrales thermiques fonctionnent sur le principe de la combustion de combustibles naturels : charbon, gaz et fioul. L'eau qui traverse les canalisations des chaudières est transformée en vapeur et est ensuite fournie aux aubes des turbines des générateurs.

Informations Complémentaires. Sur 4 ans de fonctionnement d'un groupe de barres combustibles, une telle quantité d'électricité est générée que la centrale thermique devra brûler 730 réservoirs de gaz naturel, 600 wagons à charbon ou 900 pétroliers.

De plus, les centrales thermiques aggravent considérablement la situation environnementale dans les zones où elles sont implantées. Les produits de combustion des carburants polluent fortement l'atmosphère. Seules les stations fonctionnant sur des unités à turbine à gaz répondent aux exigences de propreté environnementale.

Hydroélectricité

Exemples application efficace les centrales hydroélectriques sont les centrales hydroélectriques d'Assouan, de Sayano-Shushenskaya, etc. Les centrales électriques les plus respectueuses de l'environnement qui utilisent l'énergie cinétique du mouvement de l'eau ne produisent aucune émission nocive dans l'environnement. Cependant, la construction massive d’ouvrages hydrauliques est limitée par un concours de circonstances. Il s'agit de la présence d'un certain débit d'eau naturel, d'une caractéristique du terrain et bien plus encore.

énergie alternative

La révolution scientifique et technologique ne s’arrête pas une minute. Chaque jour apporte des innovations dans la production de courant électrique. Les esprits curieux sont constamment à la recherche de nouvelles technologies de production d’électricité, qui constituent une alternative aux méthodes traditionnelles de production d’électricité.

Il convient de mentionner les éoliennes, les stations marémotrices et les panneaux solaires. Parallèlement à cela, des appareils sont apparus qui génèrent du courant électrique en utilisant la chaleur de décomposition. déchets ménagers, déchets de grande taille bétail. Il existe des appareils qui utilisent la différence de température entre les différentes couches de sol, l'environnement alcalin et acide du sol à différents niveaux. Les sources alternatives d'électricité ont une chose en commun : c'est l'incomparabilité de la quantité d'énergie générée avec le volume d'électricité reçu. méthodes traditionnelles(NPP, TPP et HPP).

Transmission et distribution d'énergie électrique

Quelle que soit la conception des centrales électriques, leur énergie est fournie au système énergétique unifié du pays. L'électricité transportée entre dans les sous-stations de distribution et de là, elle atteint les consommateurs eux-mêmes. L'électricité est transférée des producteurs par voie aérienne via des lignes électriques. Sur de courtes distances, le courant circule dans un câble posé sous terre.

Consommation d'énergie électrique

Avec l'avènement de nouvelles installations industrielles, la mise en service de complexes résidentiels et de bâtiments civils, la consommation d'électricité augmente chaque jour. Presque chaque année, de nouvelles centrales électriques entrent en service en Russie ou des entreprises existantes sont reconstituées avec de nouvelles unités électriques.

Types d'activités dans l'industrie de l'énergie électrique

Les compagnies d’électricité s’engagent à fournir de l’électricité sans interruption à chaque consommateur. Dans le secteur de l'énergie, le niveau d'emploi dépasse celui de certains secteurs clés de l'économie nationale de l'État.

Contrôle opérationnel des expéditions

ODU joue rôle vital dans la redistribution des flux d’énergie dans un environnement de niveaux de consommation changeants. Les services de répartition visent à transmettre électricité du fabricant au consommateur en mode sans problème. En cas d'accidents ou de pannes de lignes électriques, l'ODU exerce les fonctions de quartier général opérationnel pour élimination rapide ces lacunes.

Energosbyt

Les tarifs de paiement de la consommation d'électricité incluent les coûts pour les bénéfices des sociétés énergétiques. L'exactitude et la ponctualité du paiement des services consommés sont surveillées par le service Energosbyt. Le soutien financier de l’ensemble du système énergétique du pays en dépend. Des pénalités sont appliquées aux non-payeurs, pouvant aller jusqu'à la déconnexion de l'alimentation électrique du consommateur.

Le système énergétique est le système circulatoire d’un seul organisme de l’État. La production d’électricité est un domaine stratégique pour la sécurité d’existence et le développement de l’économie du pays.

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en physique

sur le thème « Production, transport et utilisation de l’électricité »

Élèves de 11e année

Établissement d'enseignement municipal n°85

Catherine.

Plan abstrait.

Introduction.

1. Production d'électricité.

1. types de centrales électriques.

2. sources d'énergie alternatives.

2. Transport d'électricité.

transformateurs.

3. Consommation d'électricité.

Introduction.

La naissance de l’énergie s’est produite il y a plusieurs millions d’années, lorsque les hommes ont appris à utiliser le feu. Le feu leur donnait chaleur et lumière, était une source d'inspiration et d'optimisme, une arme contre les ennemis et les animaux sauvages, remède, un assistant en agriculture, un conservateur alimentaire, une aide technologique, etc.

Le merveilleux mythe de Prométhée, qui donnait du feu aux gens, est apparu dans La Grèce ancienne bien plus tard que dans de nombreuses régions du monde, des méthodes assez sophistiquées de gestion du feu, de sa production et de son extinction, de sa préservation et de son utilisation rationnelle du combustible ont été maîtrisées.

Pendant de nombreuses années, le feu a été entretenu en brûlant des sources d'énergie végétales (bois, arbustes, roseaux, herbes, algues sèches, etc.), puis on a découvert qu'il était possible d'utiliser des substances fossiles pour entretenir le feu : charbon, pétrole, schiste. , tourbe.

Aujourd’hui, l’énergie reste la principale composante de la vie humaine. Il permet de créer divers matériaux et constitue l’un des principaux facteurs de développement de nouvelles technologies. En termes simples, sans maîtriser divers types l'énergie, une personne n'est pas capable d'exister pleinement.

La production d'énergie.

Types de centrales électriques.

Centrale thermique (TPP), une centrale électrique qui génère de l'énergie électrique grâce à la conversion de l'énergie thermique libérée lors de la combustion de combustibles fossiles. Les premières centrales thermiques apparaissent à la fin du XIXème siècle et se généralisent. Au milieu des années 70 du 20e siècle, les centrales thermiques constituaient le principal type de centrales électriques.

Dans les centrales thermiques, l’énergie chimique du combustible est convertie d’abord en énergie mécanique puis en énergie électrique. Le combustible d’une telle centrale électrique peut être du charbon, de la tourbe, du gaz, du schiste bitumineux et du fioul.

Les centrales thermiques sont divisées en condensation(IES), conçu pour générer uniquement de l’énergie électrique, et centrales de production combinée de chaleur et d'électricité(CHP), produisant, en plus de l'énergie électrique, de l'énergie thermique sous forme d'eau chaude et de vapeur. Les grands CPP d'importance régionale sont appelés centrales électriques de district d'État (SDPP).

Le diagramme schématique le plus simple d'un IES alimenté au charbon est présenté dans la figure. Le charbon est introduit dans le bunker de combustible 1, puis dans l'unité de concassage 2, où il se transforme en poussière. La poussière de charbon pénètre dans le four d'un générateur de vapeur (chaudière à vapeur) 3, qui dispose d'un système de tubes dans lesquels circule de l'eau chimiquement purifiée, appelée eau d'alimentation. Dans la chaudière, l'eau est chauffée, évaporée et la vapeur saturée résultante est portée à une température de 400 à 650 °C et, sous une pression de 3 à 24 MPa, entre dans la turbine à vapeur 4 par une conduite de vapeur. sur la puissance des unités.

Les centrales thermiques à condensation ont un faible rendement (30 à 40 %), car la majeure partie de l'énergie est perdue avec les gaz de combustion et l'eau de refroidissement du condenseur. Il est avantageux de construire des CPP à proximité immédiate des sites de production de carburant. Dans ce cas, les consommateurs d'électricité peuvent être situés à une distance considérable de la station.

Centrale de production combinée de chaleur et d'électricité se distingue d'une station de condensation par l'installation d'une turbine de chauffage spéciale avec extraction de vapeur. Dans une centrale thermique, une partie de la vapeur est entièrement utilisée dans la turbine pour produire de l'électricité dans le générateur 5 puis entre dans le condenseur 6, et l'autre, ayant une température et une pression plus élevées, est extraite de l'étage intermédiaire du turbine et est utilisé pour l’approvisionnement en chaleur. Les condensats sont acheminés par la pompe 7 à travers le dégazeur 8 puis par la pompe d'alimentation 9 jusqu'au générateur de vapeur. La quantité de vapeur prélevée dépend des besoins en énergie thermique des entreprises.

Le rendement des centrales thermiques atteint 60 à 70 %. Ces stations sont généralement construites à proximité des consommateurs - entreprises industrielles ou zones résidentielles. Le plus souvent, ils fonctionnent avec du carburant importé.

Stations thermales avec turbine à gaz(GTPP), vapeur-gaz(PHPP) et les centrales diesel.

Le gaz ou le combustible liquide est brûlé dans la chambre de combustion d'une centrale électrique à turbine à gaz ; les produits de combustion avec une température de 750-900 ºС pénètrent dans une turbine à gaz qui fait tourner un générateur électrique. L'efficacité de ces centrales thermiques est généralement de 26 à 28 %, la puissance pouvant atteindre plusieurs centaines de MW. . Les GTPP sont généralement utilisés pour couvrir les pointes de charge électrique. L'efficacité du PGES peut atteindre 42 à 43 %.

Les plus économiques sont les grandes centrales électriques à turbine thermique à vapeur (en abrégé TPP). La plupart des centrales thermiques de notre pays utilisent de la poussière de charbon comme combustible. Pour produire 1 kWh d'électricité, plusieurs centaines de grammes de charbon sont consommés. Dans une chaudière à vapeur, plus de 90 % de l’énergie dégagée par le combustible est transférée à la vapeur. Dans la turbine, l'énergie cinétique des jets de vapeur est transférée au rotor. L'arbre de la turbine est relié rigidement à l'arbre du générateur.

Les turbines à vapeur modernes pour centrales thermiques sont des machines très avancées, à grande vitesse, très économiques et dotées d'une longue durée de vie. Leur puissance dans une version à arbre unique atteint 1 million 200 000 kW, et ce n'est pas la limite. De telles machines sont toujours à plusieurs étages, c'est-à-dire qu'elles comportent généralement plusieurs dizaines de disques avec des pales de travail et le même nombre, devant chaque disque, de groupes de buses à travers lesquelles s'écoule un flux de vapeur. La pression et la température de la vapeur diminuent progressivement.

Il ressort d'un cours de physique que l'efficacité des moteurs thermiques augmente avec l'augmentation de la température initiale du fluide de travail. Par conséquent, la vapeur entrant dans la turbine est portée à des paramètres élevés : température - près de 550°C et pression - jusqu'à 25 MPa. Le rendement des centrales thermiques atteint 40 %. La plupart de l'énergie est perdue avec la vapeur d'échappement chaude.

Centrale hydroélectrique (centrale hydroélectrique), un complexe de structures et d'équipements à travers lesquels l'énergie de l'écoulement de l'eau est convertie en énergie électrique. Une centrale hydroélectrique est constituée d'un circuit en série ouvrages hydrauliques, fournissant la concentration nécessaire du débit d'eau et créant une pression, ainsi qu'un équipement électrique qui convertit l'énergie de l'eau se déplaçant sous pression en énergie de rotation mécanique, qui, à son tour, est convertie en énergie électrique.

La pression d'une centrale hydroélectrique est créée par la concentration de la chute de la rivière dans la zone utilisée par le barrage, ou dérivation, ou un barrage et une dérivation ensemble. Les principaux équipements électriques de la centrale hydroélectrique sont situés dans le bâtiment de la centrale hydroélectrique : dans la salle des machines de la centrale - unités hydrauliques,équipements auxiliaires, dispositifs de contrôle et de surveillance automatiques ; au poste de contrôle central - console opérateur-répartiteur ou exploitant automobile d'une centrale hydroélectrique. En augmentant poste de transformation Il est situé aussi bien à l'intérieur du bâtiment de la centrale hydroélectrique que dans des bâtiments séparés ou dans des espaces ouverts. Appareillages souvent situé dans un espace ouvert. Un bâtiment de centrale hydroélectrique peut être divisé en sections comportant une ou plusieurs unités et équipements auxiliaires, séparées des parties adjacentes du bâtiment. Un chantier d'installation est créé au niveau ou à l'intérieur du bâtiment de la centrale hydroélectrique pour le montage et la réparation de divers équipements ainsi que pour les opérations auxiliaires d'entretien de la centrale hydroélectrique.

Selon la capacité installée (en MW) distinguer les centrales hydroélectriques puissant(plus de 250), moyenne(jusqu'à 25) et petit(jusqu'à 5). La puissance d'une centrale hydroélectrique dépend de la pression (la différence entre les niveaux de l'amont et de l'aval). ), débit d'eau utilisé dans les turbines hydrauliques et efficacité de l'unité hydraulique. Pour un certain nombre de raisons (dues, par exemple, aux changements saisonniers du niveau d'eau dans les réservoirs, aux fluctuations de la charge du système électrique, à la réparation d'unités hydrauliques ou d'ouvrages hydrauliques, etc.), la pression et le débit d'eau changent continuellement. , et, de plus, le débit change lors de la régulation de la puissance d'une centrale hydroélectrique. Il existe des cycles annuels, hebdomadaires et quotidiens d'exploitation des centrales hydroélectriques.

En fonction de la pression maximale utilisée, les centrales hydroélectriques sont divisées en haute pression(plus de 60 m), moyenne pression(de 25 à 60 m) Et basse pression(de 3 à 25 m). Sur les rivières de plaine, les pressions dépassent rarement 100 moi, dans des conditions montagneuses, un barrage peut créer des pressions allant jusqu'à 300 m et plus, et avec l'aide de la dérivation - jusqu'à 1500 m. La répartition des centrales hydroélectriques selon la pression utilisée est de nature approximative et conditionnelle.

Selon le modèle d'utilisation des ressources en eau et la concentration de pression, les centrales hydroélectriques sont généralement divisées en canal , barrage , dérivation avec dérivation sous pression et sans pression, stockage mixte et pompé Et marée .

Dans les centrales hydroélectriques au fil de l’eau et sur barrage, la pression de l’eau est créée par un barrage qui bloque la rivière et élève le niveau d’eau dans le bassin supérieur. Dans le même temps, certaines inondations de la vallée fluviale sont inévitables. Les centrales hydroélectriques au fil de l'eau et au bord des barrages sont construites à la fois sur les rivières de plaine à crue et sur les rivières de montagne, dans des vallées étroites et comprimées. Les centrales hydroélectriques au fil de l'eau se caractérisent par des pressions allant jusqu'à 30-40 m.

À des pressions plus élevées, il s’avère inapproprié de transférer la pression hydrostatique de l’eau vers le bâtiment de la centrale hydroélectrique. Dans ce cas, le type est utilisé barrage Une centrale hydroélectrique, dans laquelle le front de pression est bloqué sur toute sa longueur par un barrage et le bâtiment de la centrale hydroélectrique est situé derrière le barrage, est adjacente au cours d'eau résiduaire.

Un autre type de mise en page endigué La centrale hydroélectrique correspond à des conditions de montagne avec des débits fluviaux relativement faibles.

DANS dérivatif La concentration de la centrale hydroélectrique de la chute de la rivière est créée par détournement ; l'eau au début de la section utilisée de la rivière est dérivée du lit de la rivière par un conduit avec une pente nettement inférieure à la pente moyenne de la rivière dans cette section et avec redressement des coudes et des virages du canal. La fin de la dérivation est amenée à l'emplacement du bâtiment de la centrale hydroélectrique. Les eaux usées sont soit rejetées dans la rivière, soit acheminées vers la prochaine centrale hydroélectrique de dérivation. La dérivation est bénéfique lorsque la pente de la rivière est élevée.

Une place particulière parmi les centrales hydroélectriques est occupée par centrales électriques à pompage-turbinage(PSPP) et centrales marémotrices(PSE). La construction de centrales électriques à pompage-turbinage est motivée par la demande croissante de puissance de pointe dans les grands systèmes énergétiques, qui détermine la capacité de production requise pour couvrir les charges de pointe. La capacité des centrales électriques à accumulation par pompage à accumuler de l'énergie repose sur le fait que l'énergie électrique gratuite dans le système électrique pendant une certaine période de temps est utilisée par des unités de centrales électriques à accumulation par pompage qui, fonctionnant en mode pompe, pompent l'eau du réservoir. dans le pool de stockage supérieur. Pendant les périodes de charge de pointe, l'énergie accumulée est restituée au système électrique (l'eau du bassin supérieur pénètre dans la canalisation sous pression et fait tourner les unités hydrauliques fonctionnant comme un générateur de courant).

Les PSE convertissent l’énergie des marées en électricité. L'électricité des centrales hydroélectriques marémotrices, en raison de certaines caractéristiques liées au caractère périodique du flux et du reflux des marées, ne peut être utilisée dans les systèmes énergétiques qu'en conjonction avec l'énergie des centrales électriques de régulation, qui compensent les pannes de courant de centrales marémotrices en quelques jours ou mois.

La caractéristique la plus importante des ressources hydroélectriques par rapport aux ressources en combustibles et en énergie est leur renouvelabilité continue. L'absence de besoins en combustible pour les centrales hydroélectriques détermine le faible coût de l'électricité produite par les centrales hydroélectriques. Ainsi, la construction de centrales hydroélectriques, malgré d’importants investissements spécifiques en capital d’ici le 1 kW la capacité installée et les longues périodes de construction ont été et restent d'une grande importance, en particulier lorsqu'elles sont associées à l'implantation d'industries à forte intensité électrique.

Centrale nucléaire (NPP), une centrale électrique dans laquelle l'énergie atomique (nucléaire) est convertie en énergie électrique. Le générateur d'énergie d'une centrale nucléaire est un réacteur nucléaire. La chaleur dégagée dans le réacteur suite à une réaction en chaîne de fission des noyaux de certains éléments lourds est ensuite transformée en électricité de la même manière que dans les centrales thermiques classiques (TPP). Contrairement aux centrales thermiques qui fonctionnent aux combustibles fossiles, les centrales nucléaires fonctionnent aux combustible nucléaire(basé sur 233 U, 235 U, 239 Pu). Il a été établi que les ressources énergétiques mondiales en combustible nucléaire (uranium, plutonium, etc.) dépassent largement les ressources énergétiques des réserves naturelles de combustible organique (pétrole, charbon, gaz naturel, etc.). Cela ouvre de larges perspectives pour répondre à la demande croissante de carburant. En outre, il est nécessaire de prendre en compte la consommation toujours croissante de charbon et de pétrole à des fins technologiques dans le monde. industrie chimique, qui devient un concurrent sérieux des centrales thermiques. Malgré la découverte de nouveaux gisements de combustible organique et l'amélioration des méthodes de production, on observe dans le monde une tendance à une augmentation relative de son coût. Cela crée les conditions les plus difficiles pour les pays disposant de réserves limitées de combustibles fossiles. Il existe un besoin évident de développement rapide de l’énergie nucléaire, qui occupe déjà une place prépondérante dans le bilan énergétique d’un certain nombre de pays industrialisés à travers le monde.

Schéma de principe d'une centrale nucléaire avec un réacteur nucléaire ayant eau froide, montré sur la fig. 2. Chaleur dégagée cœur réacteur liquide de refroidissement, est aspirée par l'eau du 1er circuit, qui est pompée à travers le réacteur par une pompe de circulation. L'eau chauffée du réacteur entre dans l'échangeur thermique (générateur de vapeur) 3, où il transfère la chaleur reçue dans le réacteur à l'eau du 2ème circuit. L'eau du 2ème circuit s'évapore dans le générateur de vapeur, et de la vapeur se forme qui entre ensuite dans la turbine 4.

Le plus souvent, 4 types de réacteurs à neutrons thermiques sont utilisés dans les centrales nucléaires :

1) eau-eau avec de l'eau ordinaire comme modérateur et liquide de refroidissement ;

2) graphite-eau avec eau de refroidissement et modérateur graphite ;

3) eau lourde avec eau de refroidissement et eau lourde comme modérateur ;

4) graffiti - gaz avec liquide de refroidissement gazeux et modérateur en graphite.

Le choix du type de réacteur majoritairement utilisé est déterminé principalement par l'expérience accumulée dans le réacteur porteur, ainsi que par la disponibilité des équipements industriels nécessaires, des réserves de matières premières, etc.

Le réacteur et ses systèmes d'entretien comprennent : le réacteur lui-même avec protection biologique , échangeurs de chaleur, pompes ou unités de soufflage de gaz qui font circuler le liquide de refroidissement, canalisations et raccords pour le circuit de circulation, dispositifs de rechargement du combustible nucléaire, systèmes de ventilation spéciaux, systèmes de refroidissement de secours, etc.

Pour protéger le personnel de la centrale nucléaire de l'exposition aux radiations, le réacteur est entouré d'une protection biologique dont les principaux matériaux sont le béton, l'eau et le sable serpentin. Les équipements du circuit du réacteur doivent être complètement étanches. Un système est prévu pour surveiller les emplacements d'éventuelles fuites de liquide de refroidissement ; des mesures sont prises pour garantir que les fuites et les ruptures de circuit n'entraînent pas d'émissions radioactives et de contamination des locaux de la centrale nucléaire et de ses environs. L'air radioactif et une petite quantité de vapeurs de liquide de refroidissement, dues à la présence de fuites du circuit, sont évacués des pièces sans surveillance de la centrale nucléaire par un système de ventilation spécial, dans lequel des filtres de nettoyage et des réservoirs de gaz de rétention sont prévus pour éliminer la possibilité de la pollution atmosphérique. Le respect des règles de radioprotection par le personnel des centrales nucléaires est contrôlé par le service de contrôle dosimétrie.

La présence de protection biologique, de systèmes spéciaux de ventilation et de refroidissement d'urgence et d'un service de surveillance dosimétrique permet de protéger complètement le personnel d'exploitation des centrales nucléaires contre les effets nocifs des rayonnements radioactifs.

Les centrales nucléaires, qui sont les plus look moderne les centrales électriques présentent un certain nombre d'avantages significatifs par rapport aux autres types de centrales électriques : dans des conditions normales de fonctionnement, elles ne polluent pas du tout l'environnement, ne nécessitent pas de connexion à une source de matières premières et, par conséquent, peuvent être situées presque n'importe où. Les nouvelles centrales ont une capacité presque égale à celle d'une centrale hydroélectrique moyenne, mais le facteur d'utilisation de la capacité installée dans une centrale nucléaire (80 %) dépasse largement ce chiffre pour une centrale hydroélectrique ou une centrale thermique.

Les centrales nucléaires ne présentent pratiquement aucun inconvénient majeur dans des conditions normales d'exploitation. Cependant, on ne peut manquer de remarquer le danger des centrales nucléaires dans d'éventuelles circonstances de force majeure : tremblements de terre, ouragans, etc. - ici les anciens modèles de centrales présentent un danger potentiel de contamination radiologique des territoires en raison d'une surchauffe incontrôlée du réacteur.

Sources d'énergie alternatives.

Énergie du soleil.

DANS Dernièrement intérêt pour le problème de l'utilisation énergie solaire a fortement augmenté, car le potentiel énergétique basé sur l'utilisation de l'énergie directe radiation solaire, sont extrêmement grands.

Le capteur de rayonnement solaire le plus simple est une feuille de métal noirci (généralement de l'aluminium), à l'intérieur de laquelle se trouvent des tuyaux dans lesquels circule un liquide. Chauffé par l'énergie solaire absorbée par le capteur, le liquide est fourni pour une utilisation directe.

L’énergie solaire est l’un des types de production d’énergie les plus gourmands en matériaux. L'utilisation à grande échelle de l'énergie solaire entraîne une augmentation gigantesque des besoins en matériaux et, par conséquent, des ressources en main-d'œuvre pour l'extraction des matières premières, leur enrichissement, l'obtention de matériaux, la fabrication d'héliostats, de collecteurs, d'autres équipements et leur transport.

Jusqu'à présent, l'énergie électrique générée par les rayons du soleil est beaucoup plus coûteuse que celle obtenue par les méthodes traditionnelles. Les scientifiques espèrent que les expériences qu'ils mèneront dans les installations et stations pilotes contribueront à résoudre des problèmes non seulement techniques, mais aussi économiques.

L'énergie éolienne.

L'énergie des masses d'air en mouvement est énorme. Les réserves d’énergie éolienne sont plus de cent fois supérieures aux réserves hydroélectriques de tous les fleuves de la planète. Les vents soufflent constamment et partout sur terre. Conditions climatiques permettre le développement de l’énergie éolienne sur un vaste territoire.

Mais aujourd’hui, les éoliennes ne couvrent qu’un millième des besoins énergétiques mondiaux. Ainsi, les spécialistes de l'aéronautique, qui savent sélectionner le profil de pale le plus approprié et l'étudier en soufflerie, sont impliqués dans la création des conceptions de l'éolienne, le cœur de toute centrale éolienne. Grâce aux efforts de scientifiques et d’ingénieurs, une grande variété de modèles d’éoliennes modernes ont été créés.

Énergie de la Terre.

Les gens connaissent depuis longtemps les manifestations spontanées d'une énergie gigantesque cachée dans les profondeurs de globe. La mémoire de l'humanité conserve des légendes sur des éruptions volcaniques catastrophiques qui ont tué des millions de personnes. vies humaines, qui ont changé l’apparence de nombreux endroits sur Terre au point de les rendre méconnaissables. La puissance de l'éruption, même d'un volcan relativement petit, est colossale : elle est plusieurs fois supérieure à la puissance des plus grandes centrales électriques créées par des mains humaines. Certes, il n'est pas nécessaire de parler de l'utilisation directe de l'énergie des éruptions volcaniques, les gens n'ont pas encore la capacité de freiner cet élément rebelle.

L'énergie de la Terre convient non seulement au chauffage des locaux, comme c'est le cas en Islande, mais également à la production d'électricité. Les centrales électriques utilisant des sources chaudes souterraines fonctionnent depuis longtemps. La première centrale de ce type, encore de très faible puissance, a été construite en 1904 dans la petite ville italienne de Larderello. Peu à peu, la puissance de la centrale a augmenté, de plus en plus de nouvelles unités ont été mises en service, de nouvelles sources d'eau chaude ont été utilisées et aujourd'hui, la puissance de la centrale a déjà atteint une valeur impressionnante de 360 ​​000 kilowatts.

Transport d'électricité.

Transformateurs.

Vous avez acheté un réfrigérateur ZIL. Le vendeur vous a prévenu que le réfrigérateur est conçu pour une tension secteur de 220 V. Et chez vous la tension secteur est de 127 V. Une situation désespérée ? Pas du tout. Il vous suffit de faire une dépense supplémentaire et d'acheter un transformateur.

Transformateur- un appareil très simple qui permet à la fois d'augmenter et de diminuer la tension. La conversion du courant alternatif s'effectue à l'aide de transformateurs. Les transformateurs ont été utilisés pour la première fois en 1878 par le scientifique russe P. N. Yablochkov pour alimenter les « bougies électriques » qu’il a inventées, une nouvelle source de lumière à l’époque. L’idée de P. N. Yablochkov a été développée par I. F. Usagin, employé de l’Université de Moscou, qui a conçu des transformateurs améliorés.

Le transformateur est constitué d'un noyau de fer fermé, sur lequel sont placées deux bobines (parfois plus) avec des enroulements de fil (Fig. 1). L’un des enroulements, appelé enroulement primaire, est connecté à une source de tension alternative. Le deuxième enroulement, auquel la « charge » est connectée, c'est-à-dire les instruments et appareils qui consomment de l'électricité, est appelé secondaire.

Le fonctionnement d’un transformateur repose sur le phénomène d’induction électromagnétique. Lorsqu'un courant alternatif traverse l'enroulement primaire, un flux magnétique alternatif apparaît dans le noyau de fer, qui excite une force électromotrice induite dans chaque enroulement. De plus, la valeur instantanée de la force électromotrice induite e V tout tour de l'enroulement primaire ou secondaire selon la loi de Faraday est déterminé par la formule :

e = - Δ F/ Δ t

Si F= Ф 0 сosωt, alors

e = ω Ф 0 péché ω t , ou

e = E 0 péché ω t ,

Où E 0 = ω Ф 0 - amplitude de la FEM en un tour.

Dans l'enroulement primaire, qui a n°1 tours, force électromotrice totale induite e 1 égal à p 1 e.

Dans l'enroulement secondaire, il y a une force électromotrice totale. e 2égal à p 2 e, Où n°2- le nombre de tours de cet enroulement.

Il s'ensuit que

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

Somme de tension toi 1 , appliqué à l'enroulement primaire, et EMF e 1 doit être égal à la chute de tension dans l'enroulement primaire :

toi 1 + e 1 = je 1 R. 1 , Où R. 1 - résistance active du bobinage, et je 1 - la force actuelle. Cette équation découle directement de l’équation générale. Habituellement, la résistance active du bobinage est faible et je 1 R. 1 peut être négligé. C'est pourquoi

toi 1 ≈ -e 1 . (2)

Lorsque l'enroulement secondaire du transformateur est ouvert, aucun courant n'y circule et la relation suivante est valable :

toi 2 ≈ - e 2 . (3)

Depuis les valeurs instantanées de la fem e 1 Et e 2 changement de phase, alors leur rapport dans la formule (1) peut être remplacé par le rapport des valeurs efficaces E 1 Et E 2 de ces FEM ou, compte tenu des égalités (2) et (3), le rapport des valeurs de tension effectives U 1 et toi 2 .

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

Ordre de grandeur k appelé rapport de transformation. Si k>1, alors le transformateur est abaisseur, quand k <1 - en augmentant

Lorsque le circuit de l'enroulement secondaire est fermé, le courant y circule. Alors le rapport toi 2 ≈ - e 2 n'est plus exactement remplie, et par conséquent la connexion entre U 1 et toi 2 devient plus complexe que dans l’équation (4).

Selon la loi de conservation de l'énergie, la puissance dans le circuit primaire doit être égale à la puissance dans le circuit secondaire :

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

Où je 1 Et je 2 - valeurs efficaces de force dans les enroulements primaire et secondaire.

Il s'ensuit que

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

Cela signifie qu'en augmentant la tension plusieurs fois à l'aide d'un transformateur, nous réduisons le courant d'autant (et vice versa).

En raison des pertes d'énergie inévitables dues au dégagement de chaleur dans les enroulements et le noyau de fer, les équations (5) et (6) sont approximativement satisfaites. Cependant, dans les transformateurs puissants modernes, les pertes totales ne dépassent pas 2 à 3 %.

Dans la pratique quotidienne, nous sommes souvent confrontés à des transformateurs. En plus de ces transformateurs que nous utilisons bon gré mal gré du fait que les appareils industriels sont conçus pour une tension et que le réseau urbain en utilise une autre, nous devons également nous occuper des bobines de voiture. La canette est un transformateur élévateur. Pour créer une étincelle qui enflamme le mélange de travail, il faut une haute tension, que nous obtenons de la batterie de la voiture, après avoir d'abord converti le courant continu de la batterie en courant alternatif à l'aide d'un disjoncteur. Il n’est pas difficile de comprendre que, jusqu’à la perte d’énergie utilisée pour chauffer le transformateur, à mesure que la tension augmente, le courant diminue, et vice versa.

Les machines à souder nécessitent des transformateurs abaisseurs. Le soudage nécessite des courants très élevés et le transformateur de la machine à souder n'a qu'une seule spire de sortie.

Vous avez probablement remarqué que le noyau du transformateur est constitué de fines feuilles d’acier. Ceci est fait afin de ne pas perdre d'énergie lors de la conversion de tension. Dans les matériaux en feuille, les courants de Foucault joueront un rôle moindre que dans les matériaux solides.

Chez vous, vous avez affaire à de petits transformateurs. Quant aux transformateurs puissants, ce sont d’énormes structures. Dans ces cas, le noyau avec les enroulements est placé dans un réservoir rempli d'huile de refroidissement.

Transport d'électricité

Les consommateurs d’électricité sont partout. Il est produit dans relativement peu d’endroits proches des sources de carburant et des ressources hydroélectriques. Il est donc nécessaire de transporter l’électricité sur des distances atteignant parfois des centaines de kilomètres.

Mais le transport d’électricité sur de longues distances entraîne des pertes notables. Le fait est que lorsque le courant circule dans les lignes électriques, il les réchauffe. Conformément à la loi Joule-Lenz, l'énergie dépensée pour chauffer les fils de la ligne est déterminée par la formule

où R est la résistance de ligne. Avec une ligne de grande longueur, le transport d’énergie peut devenir généralement peu rentable. Pour réduire les pertes, vous pouvez bien entendu suivre la voie consistant à réduire la résistance R de la ligne en augmentant la section transversale des fils. Mais pour réduire R, par exemple, de 100 fois, il faut également augmenter la masse du fil de 100 fois. Il est clair qu'une dépense aussi importante en métaux non ferreux coûteux ne peut être autorisée, sans parler des difficultés de fixation de fils lourds sur de hauts mâts, etc. Par conséquent, les pertes d'énergie dans la ligne sont réduites d'une autre manière : en réduisant le courant dans la ligne. Par exemple, réduire le courant de 10 fois réduit de 100 fois la quantité de chaleur dégagée dans les conducteurs, c'est-à-dire que l'on obtient le même effet qu'en rendant le fil cent fois plus lourd.

Puisque la puissance actuelle est proportionnelle au produit du courant et de la tension, pour maintenir la puissance transmise, il est nécessaire d’augmenter la tension dans la ligne de transmission. De plus, plus la ligne de transport est longue, plus il est rentable d’utiliser une tension plus élevée. Par exemple, dans la ligne de transport à haute tension Volzhskaya HPP - Moscou, une tension de 500 kV est utilisée. Pendant ce temps, les générateurs de courant alternatif sont construits pour des tensions ne dépassant pas 16-20 kV, car une tension plus élevée nécessiterait des mesures spéciales plus complexes pour isoler les enroulements et d'autres parties des générateurs.

C'est pourquoi des transformateurs élévateurs sont installés dans les grandes centrales électriques. Le transformateur augmente la tension dans la ligne d’autant qu’il diminue le courant. Les pertes de puissance sont faibles.

Pour utiliser directement l'électricité dans les moteurs électriques d'entraînement des machines-outils, dans le réseau d'éclairage et à d'autres fins, la tension aux extrémités de la ligne doit être réduite. Ceci est réalisé à l'aide de transformateurs abaisseurs. De plus, une diminution de la tension et, par conséquent, une augmentation du courant se produisent généralement en plusieurs étapes. A chaque étape, la tension diminue de plus en plus et le territoire couvert par le réseau électrique s'élargit. Le schéma de transport et de distribution de l'électricité est présenté sur la figure.

Les centrales électriques de plusieurs régions du pays sont reliées par des lignes de transport à haute tension, formant un réseau électrique commun auquel les consommateurs sont connectés. Une telle association s’appelle un système de pouvoir. Le système électrique garantit un approvisionnement ininterrompu en énergie aux consommateurs, quel que soit leur emplacement.

Consommation d'électricité.

L'utilisation de l'énergie électrique dans divers domaines scientifiques.

Le XXe siècle est devenu le siècle où la science envahit toutes les sphères de la vie sociale : économique, politique, culturelle, éducative, etc. Naturellement, la science influence directement le développement de l’énergie et le champ d’application de l’électricité. D'une part, la science contribue à élargir le champ d'application de l'énergie électrique et donc à accroître sa consommation, mais d'autre part, à une époque où l'utilisation illimitée des ressources énergétiques non renouvelables constitue un danger pour les générations futures, il est urgent de les tâches de la science sont le développement de technologies d'économie d'énergie et leur mise en œuvre dans la vie.

Examinons ces questions à l'aide d'exemples spécifiques. Environ 80 % de la croissance du PIB (produit intérieur brut) des pays développés est réalisée grâce à l’innovation technique, dont l’essentiel est lié à l’utilisation de l’électricité. Tout ce qui est nouveau dans l'industrie, l'agriculture et la vie quotidienne nous parvient grâce aux nouveaux développements dans diverses branches de la science.

La plupart des développements scientifiques commencent par des calculs théoriques. Mais si au 19ème siècle ces calculs étaient effectués avec un stylo et du papier, alors à l'ère de la STR (révolution scientifique et technologique), tous les calculs théoriques, la sélection et l'analyse des données scientifiques, et même l'analyse linguistique des œuvres littéraires sont effectués à l'aide d'ordinateurs. (ordinateurs électroniques), qui fonctionnent à l'énergie électrique, ce qui est le plus pratique pour la transmettre à distance et l'utiliser. Mais si au départ les ordinateurs étaient utilisés pour des calculs scientifiques, les ordinateurs sont désormais passés de la science à la vie.

Aujourd'hui, ils sont utilisés dans tous les domaines de l'activité humaine : pour enregistrer et stocker des informations, créer des archives, préparer et éditer des textes, effectuer des travaux de dessin et de graphisme, automatiser la production et l'agriculture. L'électronisation et l'automatisation de la production sont les conséquences les plus importantes de la « deuxième révolution industrielle » ou « microélectronique » dans les économies des pays développés. Le développement de l'automatisation complexe est directement lié à la microélectronique, dont une étape qualitativement nouvelle a commencé après l'invention en 1971 du microprocesseur - un dispositif logique microélectronique intégré à divers appareils pour contrôler leur fonctionnement.

Les microprocesseurs ont accéléré la croissance de la robotique. La plupart des robots actuellement utilisés appartiennent à ce qu'on appelle la première génération et sont utilisés pour le soudage, la découpe, le pressage, le revêtement, etc. Les robots de deuxième génération qui les remplacent sont équipés de dispositifs de reconnaissance de l'environnement. Et les robots « intellectuels » de troisième génération « verront », « sentiront » et « entendront ». Les scientifiques et les ingénieurs citent l’énergie nucléaire, l’exploration spatiale, les transports, le commerce, l’entreposage, les soins médicaux, le traitement des déchets et le développement des richesses des fonds marins parmi les domaines les plus prioritaires pour l’utilisation de robots. La majorité des robots fonctionnent à l'énergie électrique, mais l'augmentation de la consommation électrique des robots est compensée par une diminution des coûts énergétiques dans de nombreux processus de production énergivores en raison de l'introduction de méthodes plus rationnelles et de nouveaux processus technologiques économes en énergie.

Mais revenons à la science. Tous les nouveaux développements théoriques après calculs informatiques sont testés expérimentalement. Et, en règle générale, à ce stade, les recherches sont effectuées à l'aide de mesures physiques, d'analyses chimiques, etc. Ici, les outils de recherche scientifique sont divers - nombreux instruments de mesure, accélérateurs, microscopes électroniques, scanners d'imagerie par résonance magnétique, etc. La majeure partie de ces instruments de science expérimentale sont alimentés par l’énergie électrique.

La science dans le domaine des communications et des communications se développe très rapidement. Les communications par satellite ne sont plus utilisées uniquement comme moyen de communication internationale, mais aussi dans la vie de tous les jours - les antennes paraboliques ne sont pas rares dans notre ville. Les nouveaux moyens de communication, tels que la technologie de la fibre optique, peuvent réduire considérablement les pertes d’énergie lors de la transmission de signaux sur de longues distances.

La science n'a pas contourné la sphère de la gestion. À mesure que le progrès scientifique et technologique se développe et que les sphères productives et non productives de l'activité humaine se développent, la gestion commence à jouer un rôle de plus en plus important dans l'augmentation de son efficacité. D'un art qui, jusqu'à récemment, reposait sur l'expérience et l'intuition, le management est aujourd'hui devenu une science. La science de la gestion, les lois générales de la réception, du stockage, de la transmission et du traitement de l'information, sont appelées cybernétiques. Ce terme vient des mots grecs « timonier », « timonier ». On le retrouve dans les travaux des philosophes grecs anciens. Cependant, sa renaissance a eu lieu en 1948, après la publication du livre « Cybernetics » du scientifique américain Norbert Wiener.

Avant le début de la révolution « cybernétique », il n’existait qu’une informatique papier, dont le principal moyen de perception était le cerveau humain, et qui n’utilisait pas d’électricité. La révolution « cybernétique » a donné naissance à une machine informatique fondamentalement différente, correspondant aux flux d'informations gigantesquement accrus, dont la source d'énergie est l'électricité. Des moyens complètement nouveaux d'obtention de l'information, de son accumulation, de son traitement et de sa transmission ont été créés, qui forment ensemble une structure d'information complexe. Il comprend des systèmes de contrôle automatisés (systèmes de contrôle automatisés), des banques de données d'informations, des bases de données d'informations automatisées, des centres informatiques, des terminaux vidéo, des photocopieurs et des phototélégraphes, des systèmes d'information nationaux, des systèmes de communication par satellite et à fibre optique à haut débit - tout cela s'est étendu à l'infini. l'étendue de la consommation d'électricité.

De nombreux scientifiques estiment qu'il s'agit dans ce cas d'une nouvelle civilisation « de l'information », remplaçant l'organisation traditionnelle d'une société de type industriel. Cette spécialisation se caractérise par les caractéristiques importantes suivantes :

· utilisation généralisée des technologies de l'information dans la production matérielle et immatérielle, dans le domaine de la science, de l'éducation, de la santé, etc. ;

· la présence d'un vaste réseau de banques de données diverses, y compris publiques ;

· faire de l'information l'un des facteurs les plus importants du développement économique, national et personnel ;

· libre circulation de l'information dans la société.

Une telle transition d'une société industrielle à une « civilisation de l'information » est devenue possible en grande partie grâce au développement de l'énergie et à la fourniture d'un type d'énergie pratique pour le transport et l'utilisation : l'énergie électrique.

Électricité en production.

La société moderne ne peut être imaginée sans l’électrification des activités de production. Déjà à la fin des années 80, plus d'un tiers de toute la consommation d'énergie dans le monde était réalisée sous forme d'énergie électrique. Au début du siècle prochain, cette part pourrait atteindre la moitié. Cette augmentation de la consommation électrique est principalement associée à une augmentation de sa consommation dans l’industrie. La plupart des entreprises industrielles fonctionnent à l'énergie électrique. Une consommation électrique élevée est typique des industries à forte intensité énergétique telles que la métallurgie, l'aluminium et la construction mécanique.

L'électricité dans la maison.

L'électricité est un assistant essentiel dans la vie de tous les jours. Chaque jour, nous avons affaire à elle et, probablement, nous ne pouvons plus imaginer notre vie sans elle. Rappelez-vous la dernière fois que vos lumières ont été éteintes, c'est-à-dire qu'il n'y avait pas d'électricité dans votre maison, rappelez-vous comment vous avez juré que vous n'aviez pas le temps de faire quoi que ce soit et que vous aviez besoin de lumière, que vous aviez besoin d'une télévision, d'une bouilloire et d'un un tas d'autres appareils électriques. Après tout, si nous devions perdre le pouvoir pour toujours, nous retournerions simplement à ces temps anciens où la nourriture était cuite sur le feu et où nous vivions dans des wigwams froids.

Un poème entier peut être consacré à l’importance de l’électricité dans nos vies, elle est si importante dans nos vies et nous y sommes tellement habitués. Même si nous ne remarquons plus qu'il entre dans nos maisons, lorsqu'il est éteint, cela devient très inconfortable.

Appréciez l’électricité !

Bibliographie.

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2. Dictionnaire encyclopédique d'un jeune physicien. Composé. VIRGINIE. Chuyanov, Moscou : Pédagogie.

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5. Sources d'énergie. Faits, problèmes, solutions. Moscou : Science et technologie.

6. Sources d'énergie non traditionnelles. Moscou : Connaissance.

7. Yudasin L.S.. Énergie : problèmes et espoirs. Moscou : Lumières.

8. Podgorny A.N. Énergie hydrogène. Moscou : Sciences.

Il est difficile de surestimer l’importance de l’électricité. Au contraire, nous le sous-estimons inconsciemment. Après tout, presque tous les équipements qui nous entourent fonctionnent à l’électricité. Inutile de parler d’éclairage de base. Mais la production d’électricité ne nous intéresse pratiquement pas. D'où vient l'électricité et comment est-elle stockée (et de manière générale, est-il possible d'économiser) ? Combien coûte réellement la production d’électricité ? Et dans quelle mesure est-ce sans danger pour l’environnement ?

Importance économique

Nous savons depuis l’école que l’alimentation électrique est l’un des principaux facteurs permettant d’atteindre une productivité du travail élevée. L’énergie électrique est au cœur de toute activité humaine. Aucune industrie ne peut s’en passer.

Le développement de cette industrie témoigne de la forte compétitivité de l'État, caractérise le taux de croissance de la production de biens et de services et s'avère presque toujours être un secteur problématique de l'économie. Le coût de production d’électricité implique souvent un investissement initial important qui s’amortira sur de nombreuses années. Malgré toutes ses ressources, la Russie ne fait pas exception. Après tout, les industries à forte intensité énergétique représentent une part importante de l’économie.

Les statistiques nous indiquent qu'en 2014, la production électrique russe n'a pas encore atteint le niveau soviétique de 1990. Comparée à la Chine et aux États-Unis, la Fédération de Russie produit respectivement 5 et 4 fois moins d’électricité. Pourquoi cela arrive-t-il? Les experts disent que cela est évident : les coûts de non-production les plus élevés.

Qui consomme de l'électricité

Bien sûr, la réponse est évidente : chaque personne. Mais nous nous intéressons désormais aux échelles industrielles, c’est-à-dire aux industries qui ont principalement besoin d’électricité. La part principale revient à l'industrie - environ 36 % ; Complexe énergétique et combustible (18 %) et secteur résidentiel (un peu plus de 15 %). Les 31 % restants de l’électricité produite proviennent des secteurs non manufacturiers, du transport ferroviaire et des pertes du réseau.

Il faut tenir compte du fait que la structure de la consommation varie considérablement selon les régions. Ainsi, en Sibérie, plus de 60 % de l’électricité est effectivement utilisée par l’industrie et le complexe énergétique et énergétique. Mais dans la partie européenne du pays, où se trouvent un plus grand nombre d’habitations, le secteur résidentiel est le consommateur le plus puissant.

Les centrales électriques sont l’épine dorsale de l’industrie

La production d'électricité en Russie est assurée par près de 600 centrales électriques. La puissance de chacun dépasse 5 MW. La capacité totale de toutes les centrales électriques est de 218 GW. Comment obtenons-nous l’électricité ? Les types de centrales électriques suivants sont utilisés en Russie :

• thermique (leur part dans la production totale est d'environ 68,5 %) ;
• hydraulique (20,3%) ;
• atomique (près de 11 %) ;
• alternative (0,2%).

Lorsqu’il s’agit de sources alternatives d’électricité, des images romantiques d’éoliennes et de panneaux solaires viennent à l’esprit. Cependant, dans certaines conditions et emplacements, ce sont les types de production d’électricité les plus rentables.

Centrales thermiques

Historiquement, les centrales thermiques (TPP) ont occupé une place majeure dans le processus de production. Sur le territoire de la Russie, les centrales thermiques assurant la production d'électricité sont classées selon les critères suivants :

• source d'énergie – combustible fossile, énergie géothermique ou solaire ;
• type d’énergie générée – chauffage, condensation.

Un autre indicateur important est le degré de participation à la couverture du planning de charge électrique. Nous mettons ici en avant les centrales thermiques de base avec une durée de fonctionnement minimale de 5 000 heures par an ; semi-pointe (on les appelle aussi maniables) - 3 000 à 4 000 heures par an ; pointe (utilisé uniquement pendant les heures de pointe) – 1 500 à 2 000 heures par an.

Technologie de production d'énergie à partir de carburant

Bien entendu, la production, le transport et l’utilisation de l’électricité par les consommateurs se font principalement par le biais de centrales thermiques fonctionnant aux combustibles fossiles. Ils se distinguent par la technologie de production :

• turbine à vapeur;
• diesel;
• turbine à gaz;
• vapeur-gaz.

Les unités à turbine à vapeur sont les plus courantes. Ils fonctionnent avec tous les types de combustibles, y compris non seulement le charbon et le gaz, mais aussi le fioul, la tourbe, le schiste, le bois de chauffage et les déchets de bois, ainsi que les produits transformés.

Carburant organique

Le plus grand volume de production d'électricité se produit à la centrale électrique du district 2 de Surgut, la plus puissante non seulement de la Fédération de Russie, mais également de tout le continent eurasien. Fonctionnant au gaz naturel, elle produit jusqu'à 5 600 MW d'électricité. Et parmi les centrales au charbon, la centrale Reftinskaya GRES possède la plus grande puissance – 3 800 MW. Plus de 3 000 MW peuvent également être fournis par Kostroma et Surgutskaya GRES-1. Il convient de noter que l’abréviation GRES n’a pas changé depuis l’époque de l’Union soviétique. Cela signifie State District Power Plant.

Lors de la réforme de l'industrie, la production et la distribution d'électricité dans les centrales thermiques doivent s'accompagner du rééquipement technique des centrales existantes et de leur reconstruction. Parmi les tâches prioritaires figure également la construction de nouvelles capacités de production d'énergie.

Électricité issue de ressources renouvelables

L'électricité obtenue à l'aide de centrales hydroélectriques est un élément essentiel de la stabilité du système énergétique unifié de l'État. Ce sont les centrales hydroélectriques qui peuvent augmenter le volume de production d'électricité en quelques heures.

Le grand potentiel de l'hydroélectricité russe réside dans le fait que près de 9 % des réserves mondiales d'eau se trouvent sur le territoire du pays. C'est la deuxième place au monde en termes de disponibilité de ressources hydroélectriques. Des pays comme le Brésil, le Canada et les États-Unis ont été laissés pour compte. La production d'électricité dans le monde au moyen de centrales hydroélectriques est quelque peu compliquée par le fait que les endroits les plus favorables à leur construction sont nettement éloignés des zones peuplées ou des entreprises industrielles.

Néanmoins, grâce à l'électricité produite dans les centrales hydroélectriques, le pays parvient à économiser environ 50 millions de tonnes de carburant. S’il était possible d’exploiter tout le potentiel de l’hydroélectricité, la Russie pourrait économiser jusqu’à 250 millions de tonnes. Et c’est déjà un investissement sérieux dans l’écologie du pays et dans la capacité flexible du système énergétique.

Centrales hydroélectriques

La construction de centrales hydroélectriques résout de nombreux problèmes non liés à la production d'énergie. Cela comprend la création de systèmes d'approvisionnement en eau et d'assainissement pour des régions entières, ainsi que la construction de réseaux d'irrigation, si nécessaires à l'agriculture, à la lutte contre les inondations, etc. Cette dernière, d'ailleurs, n'est pas négligeable pour la sécurité des populations. personnes.

La production, le transport et la distribution d'électricité sont actuellement assurés par 102 centrales hydroélectriques dont la capacité unitaire dépasse 100 MW. La capacité totale des installations hydrauliques russes approche les 46 GW.

Les pays producteurs d’électricité établissent régulièrement leur classement. Ainsi, la Russie se classe désormais au 5ème rang mondial pour la production d'électricité à partir de ressources renouvelables. Les objets les plus importants doivent être considérés comme la centrale hydroélectrique de Zeya (ce n'est pas seulement la première de celles construites en Extrême-Orient, mais aussi assez puissante - 1330 MW), la cascade de centrales électriques Volga-Kama (la production totale et transport d'électricité est supérieure à 10,5 GW), la centrale hydroélectrique de Bureyskaya ( 2010 MW), etc. Je voudrais également mentionner les centrales hydroélectriques du Caucase. Parmi les dizaines en activité dans cette région, la nouvelle centrale hydroélectrique de Kashkhatau (déjà mise en service), d'une capacité de plus de 65 MW, se démarque le plus.

Les centrales hydroélectriques géothermiques du Kamtchatka méritent également une attention particulière. Ce sont des stations très puissantes et mobiles.

Les centrales hydroélectriques les plus puissantes

Comme nous l'avons déjà indiqué, la production et l'utilisation de l'électricité sont entravées par l'éloignement des principaux consommateurs. Cependant, l’État s’emploie à développer cette industrie. Non seulement les centrales hydroélectriques existantes sont reconstruites, mais de nouvelles sont également construites. Ils doivent développer les rivières de montagne du Caucase, les rivières de crue de l'Oural, ainsi que les ressources de la péninsule de Kola et du Kamtchatka. Parmi les plus puissantes, on note plusieurs centrales hydroélectriques.

Sayano-Shushenskaya nommé d'après. Le PS Neporozhniy a été construit en 1985 sur la rivière Ienisseï. Sa capacité actuelle n'a pas encore atteint les 6 000 MW estimés en raison de la reconstruction et des réparations après l'accident de 2009.

La production et la consommation d'électricité de la centrale hydroélectrique de Krasnoïarsk sont destinées à l'aluminerie de Krasnoïarsk. C’est le seul « client » de la centrale hydroélectrique, mise en service en 1972. Sa capacité nominale est de 6 000 MW. La centrale hydroélectrique de Krasnoïarsk est la seule sur laquelle un ascenseur à bateaux est installé. Il assure une navigation régulière sur le fleuve Ienisseï.

La centrale hydroélectrique de Bratsk a été mise en service en 1967. Son barrage bloque la rivière Angara près de la ville de Bratsk. Comme la centrale hydroélectrique de Krasnoïarsk, la centrale hydroélectrique de Bratsk répond aux besoins de l'aluminerie de Bratsk. La totalité des 4 500 MW d’électricité lui revient. Et le poète Evtouchenko a dédié un poème à cette centrale hydroélectrique.

Une autre centrale hydroélectrique est située sur la rivière Angara - Ust-Ilimskaya (d'une capacité d'un peu plus de 3 800 MW). Sa construction débuta en 1963 et se termina en 1979. Dans le même temps, la production d'électricité bon marché a commencé pour les principaux consommateurs : les alumineries d'Irkoutsk et de Bratsk, l'usine de construction aéronautique d'Irkoutsk.

La centrale hydroélectrique de Volzhskaya est située au nord de Volgograd. Sa capacité est de près de 2 600 MW. Cette plus grande centrale hydroélectrique d'Europe est en activité depuis 1961. Non loin de Togliatti, fonctionne la plus ancienne des grandes centrales hydroélectriques, Zhigulevskaya. Il a été mis en service en 1957. La puissance de la centrale hydroélectrique est de 2 330 MW et couvre les besoins en électricité de la partie centrale de la Russie, de l'Oural et de la Moyenne Volga.

Mais la production d'électricité nécessaire aux besoins de l'Extrême-Orient est assurée par la centrale hydroélectrique de Bureyskaya. On peut dire qu'il est encore très « jeune » - la mise en service n'a eu lieu qu'en 2002. La capacité installée de cette centrale hydroélectrique est de 2010 MW d'électricité.

Centrales hydroélectriques expérimentales en mer

De nombreuses baies océaniques et maritimes possèdent également un potentiel hydroélectrique. Après tout, la différence de hauteur à marée haute dépasse dans la plupart des cas les 10 mètres. Cela signifie que d’énormes quantités d’énergie peuvent être générées. En 1968, la station marémotrice expérimentale de Kislogubskaya a été ouverte. Sa puissance est de 1,7 MW.

Atome paisible

L’énergie nucléaire russe est une technologie à cycle complet : de l’extraction des minerais d’uranium à la production d’électricité. Aujourd'hui, le pays compte 33 unités de production d'énergie réparties dans 10 centrales nucléaires. La capacité totale installée est d'un peu plus de 23 MW.

La quantité maximale d'électricité produite par la centrale nucléaire était en 2011. Le chiffre était de 173 milliards de kWh. La production d'électricité par habitant à partir des centrales nucléaires a augmenté de 1,5 % par rapport à l'année précédente.

Bien entendu, l’orientation prioritaire du développement de l’énergie nucléaire est la sécurité de fonctionnement. Mais les centrales nucléaires jouent également un rôle important dans la lutte contre le réchauffement climatique. Les écologistes en parlent constamment, soulignant que ce n'est qu'en Russie qu'il est possible de réduire les émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère de 210 millions de tonnes par an.

L'énergie nucléaire s'est développée principalement dans le nord-ouest et dans la partie européenne de la Russie. En 2012, l'ensemble des centrales nucléaires produisaient environ 17 % de toute l'électricité produite.

Centrales nucléaires en Russie

La plus grande centrale nucléaire de Russie est située dans la région de Saratov. La capacité annuelle de la centrale nucléaire de Balakovo est de 30 milliards de kW/h d'électricité. A la centrale nucléaire de Beloyarsk (région de Sverdlovsk), seule la 3ème tranche est actuellement en service. Mais cela nous permet de l'appeler l'un des plus puissants. 600 MW d'électricité sont obtenus grâce à un réacteur à neutrons rapides. Il convient de noter qu'il s'agit de la première centrale à neutrons rapides au monde installée pour produire de l'électricité à l'échelle industrielle.

La centrale nucléaire de Bilibino est installée à Chukotka, qui produit 12 MW d'électricité. Et la centrale nucléaire de Kalinin peut être considérée comme récemment construite. Sa première unité a été mise en service en 1984 et la dernière (quatrième) seulement en 2010. La capacité totale de toutes les unités de puissance est de 1 000 MW. En 2001, la centrale nucléaire de Rostov a été construite et mise en service. Depuis le raccordement de la deuxième centrale - en 2010 - sa capacité installée a dépassé 1 000 MW et le facteur d'utilisation de la capacité était de 92,4 %.

L'énergie éolienne

Le potentiel économique de l’énergie éolienne russe est estimé à 260 milliards de kWh par an. Cela représente près de 30 % de toute l’électricité produite aujourd’hui. La capacité de toutes les éoliennes en activité dans le pays est de 16,5 MW d'énergie.

Les régions telles que les côtes océaniques, les contreforts et les régions montagneuses de l'Oural et du Caucase sont particulièrement favorables au développement de cette industrie.

Introduction
II Production et consommation d'électricité
1. Production d'électricité
1.1 Générateur
2. Consommation d'électricité
III Transformateurs
1. Objectif
2. Classement
3. Appareil
4. Caractéristiques
5. Modes
5.1 Ralenti
5.2 Mode court-circuit
5.3 Mode de chargement
IV Transport d'électricité
V GOELRO
1. Histoire
2. Résultats
VI Liste de références

Introduction

L’électricité, l’une des formes d’énergie les plus importantes, joue un rôle majeur dans le monde moderne. C'est le cœur de l'économie des États, déterminant leur position sur la scène internationale et leur niveau de développement. D'énormes sommes d'argent sont investies chaque année dans le développement des industries scientifiques liées à l'électricité.
L'électricité fait partie intégrante de la vie quotidienne, il est donc important de disposer d'informations sur les caractéristiques de sa production et de son utilisation.

II. Production et consommation d'électricité

1. Production d'électricité

La production d'électricité est la production d'électricité en la convertissant à partir d'autres types d'énergie à l'aide de dispositifs techniques spéciaux.
Pour produire de l’électricité, utilisez :
Un générateur électrique est une machine électrique dans laquelle le travail mécanique est converti en énergie électrique.
Une batterie solaire ou photocellule est un appareil électronique qui convertit l’énergie du rayonnement électromagnétique, principalement dans le domaine lumineux, en énergie électrique.
Sources de courant chimique - conversion d'une partie de l'énergie chimique en énergie électrique par une réaction chimique.
Les sources d'électricité radio-isotopiques sont des dispositifs qui utilisent l'énergie libérée lors de la désintégration radioactive pour chauffer un liquide de refroidissement ou le convertir en électricité.
L'électricité est produite dans des centrales électriques : thermiques, hydrauliques, nucléaires, solaires, géothermiques, éoliennes et autres.
Presque toutes les centrales électriques d'importance industrielle utilisent le schéma suivant : l'énergie du vecteur d'énergie primaire, à l'aide d'un dispositif spécial, est d'abord convertie en énergie mécanique de mouvement de rotation, qui est transférée à une machine électrique spéciale - un générateur, où le courant électrique est généré.
Les trois principaux types de centrales électriques : TPP, HPP, NPP
Les centrales thermiques (TPP) jouent un rôle de premier plan dans l’industrie électrique de nombreux pays.
Les centrales thermiques nécessitent d'énormes quantités de combustible organique, mais ses réserves diminuent et son coût ne cesse d'augmenter en raison de conditions de production et de distances de transport de plus en plus complexes. Leur taux d'utilisation de carburant est assez faible (pas plus de 40 %) et le volume de déchets qui polluent l'environnement est important.
Les facteurs économiques, techniques, économiques et environnementaux ne permettent pas de considérer les centrales thermiques comme un moyen prometteur de produire de l'électricité.
Les centrales hydroélectriques (HPP) sont les plus économiques. Leur efficacité atteint 93 % et le coût d'un kWh est 5 fois moins cher que les autres méthodes de production d'électricité. Ils utilisent une source d'énergie inépuisable, sont desservis par un nombre minimum de travailleurs et sont bien réglementés. En termes de taille et de puissance des centrales et unités hydroélectriques individuelles, notre pays occupe une position de leader mondial.
Mais le rythme de développement est freiné par des coûts et des délais de construction importants en raison de l'éloignement des chantiers de construction de centrales hydroélectriques des grandes villes, du manque de routes, des conditions de construction difficiles, soumises à l'influence de la saisonnalité des régimes fluviaux, de vastes zones de précieux cours d'eau fluviales. les terres sont inondées par des réservoirs, de grands réservoirs ont un impact négatif sur la situation environnementale, de puissantes centrales hydroélectriques ne peuvent être construites que là où les ressources appropriées sont disponibles.
Les centrales nucléaires (NPP) fonctionnent selon le même principe que les centrales thermiques, c'est-à-dire que l'énergie thermique de la vapeur est convertie en énergie mécanique de rotation de l'arbre de la turbine, qui entraîne le générateur, où l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique.
Le principal avantage des centrales nucléaires est la faible quantité de combustible utilisée (1 kg d'uranium enrichi remplace 2,5 mille tonnes de charbon), ce qui permet de construire des centrales nucléaires dans toutes les zones déficientes en énergie. De plus, les réserves d'uranium sur Terre dépassent les réserves de combustible minéral traditionnel et, lors du fonctionnement sans problème des centrales nucléaires, elles ont peu d'impact sur l'environnement.
Le principal inconvénient des centrales nucléaires est la possibilité d'accidents aux conséquences catastrophiques, dont la prévention nécessite des mesures de sécurité sérieuses. De plus, les centrales nucléaires sont mal réglementées (il faut plusieurs semaines pour les arrêter complètement ou les redémarrer) et les technologies de traitement des déchets radioactifs ne sont pas développées.
L'énergie nucléaire est devenue l'un des principaux secteurs de l'économie nationale et continue de se développer rapidement, garantissant la sécurité et la propreté de l'environnement.

1.1 Générateur

Un générateur électrique est un appareil dans lequel des types d'énergie non électriques (mécanique, chimique, thermique) sont convertis en énergie électrique.
Le principe de fonctionnement du générateur est basé sur le phénomène induction électromagnétique, lorsqu'une CEM est induite dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique et traversant ses lignes de force magnétiques. Par conséquent, un tel conducteur peut être considéré par nous comme une source d'énergie électrique.
La méthode d'obtention de la FEM induite, dans laquelle le conducteur se déplace dans un champ magnétique, montant ou descendant, est très peu pratique pour une utilisation pratique. Par conséquent, les générateurs n'utilisent pas un mouvement linéaire mais rotatif du conducteur.
Les principales parties de tout générateur sont : un système d'aimants ou, le plus souvent, des électro-aimants qui créent un champ magnétique, et un système de conducteurs qui traversent ce champ magnétique.
Un alternateur est une machine électrique qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique alternative. La plupart des alternateurs utilisent un champ magnétique tournant.

Lorsque le cadre tourne, le flux magnétique qui le traverse change, donc une force électromotrice y est induite. Le cadre étant connecté à un circuit électrique externe à l'aide d'un collecteur de courant (anneaux et balais), un courant électrique apparaît dans le cadre et le circuit externe.
Avec une rotation uniforme du châssis, l'angle de rotation change selon la loi :

Le flux magnétique à travers le cadre change également dans le temps, sa dépendance est déterminée par la fonction :

Où S− zone du cadre.
Selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, la force électromotrice induite dans le cadre est égale à :

où est l'amplitude de la force électromotrice induite.
Une autre grandeur qui caractérise le générateur est l'intensité du courant, exprimée par la formule :

Où je- l'intensité du courant à tout moment, Je suis- amplitude du courant (valeur maximale du courant du module), φc- déphasage entre les fluctuations de courant et de tension.
La tension électrique aux bornes du générateur évolue selon une loi sinusoïdale ou cosinusoïdale :

Presque tous les générateurs installés dans nos centrales électriques sont des générateurs de courant triphasé. Essentiellement, chacun de ces générateurs est une connexion dans une machine électrique de trois générateurs de courant alternatif, conçus de telle manière que les forces électromotrices induites dans ceux-ci sont décalées les unes par rapport aux autres d'un tiers de la période :

2. Consommation d'électricité

Alimentation électrique pour les entreprises industrielles. Les entreprises industrielles consomment 30 à 70 % de l'électricité produite dans le cadre du système électrique. La variation significative de la consommation industrielle est déterminée par le développement industriel et les conditions climatiques des différents pays.
Alimentation électrique pour transports électrifiés. Les postes de redressement des transports électriques interurbains à courant continu (urbain, industriel, interurbain) et les postes abaisseurs de transports électriques interurbains à courant alternatif sont alimentés en électricité à partir des réseaux électriques de l'EPS.
Fourniture d'électricité aux consommateurs municipaux et domestiques. Ce groupe de bâtiments comprend une large gamme de bâtiments situés dans les zones résidentielles des villes et villages. Il s'agit de bâtiments d'habitation, de bâtiments administratifs, d'établissements d'enseignement et scientifiques, de commerces, de bâtiments de santé, de bâtiments culturels, de restauration publique, etc.

III. Transformateurs

Transformateur - un dispositif électromagnétique statique comportant deux ou plusieurs enroulements couplés par induction et conçu pour transformer, par induction électromagnétique, un système à courant alternatif (primaire) en un autre système à courant alternatif (secondaire).

Schéma du dispositif de transformateur

1 - enroulement primaire du transformateur
2 - circuit magnétique
3 - enroulement secondaire du transformateur
F- direction du flux magnétique
U1- tension sur l'enroulement primaire
U2- tension sur l'enroulement secondaire

Les premiers transformateurs à circuit magnétique ouvert ont été proposés en 1876 par P.N. Yablochkov, qui les utilisait pour alimenter une « bougie » électrique. En 1885, les scientifiques hongrois M. Dery, O. Blati et K. Tsipernovsky ont développé des transformateurs industriels monophasés à circuit magnétique fermé. En 1889-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky a proposé un transformateur triphasé.

1. Objectif

Les transformateurs sont largement utilisés dans divers domaines :
Pour le transport et la distribution d'énergie électrique
Généralement, dans les centrales électriques, les générateurs de courant alternatif produisent de l'énergie électrique à une tension de 6 à 24 kV, et il est rentable de transmettre de l'électricité sur de longues distances à des tensions beaucoup plus élevées (110, 220, 330, 400, 500 et 750 kV). . Par conséquent, des transformateurs sont installés dans chaque centrale électrique pour augmenter la tension.
La distribution de l'énergie électrique entre les entreprises industrielles, les zones peuplées, dans les villes et les zones rurales, ainsi qu'au sein des entreprises industrielles, s'effectue via des lignes aériennes et câblées, à des tensions de 220, 110, 35, 20, 10 et 6 kV. Par conséquent, des transformateurs doivent être installés dans tous les nœuds de distribution, réduisant la tension à 220, 380 et 660 V.
Fournir le circuit requis pour allumer les vannes dans les dispositifs convertisseurs et faire correspondre la tension à la sortie et à l'entrée du convertisseur (transformateurs convertisseurs).
À des fins technologiques diverses : soudage (transformateurs de soudage), alimentation électrique d'installations électrothermiques (transformateurs de fours électriques), etc.
Pour alimenter divers circuits d'équipements radio, d'équipements électroniques, d'appareils de communication et d'automatisation, d'appareils électroménagers, pour séparer les circuits électriques de divers éléments de ces appareils, pour adapter la tension, etc.
Insérer des instruments de mesure électriques et certains appareils (relais, etc.) dans les circuits électriques à haute tension ou dans les circuits traversés par des courants importants, afin d'élargir les limites de mesure et d'assurer la sécurité électrique. (transformateurs de mesure)

2. Classement

Classement du transformateur :

• Par destination : énergie générale (utilisée dans les lignes de transport et de distribution d'énergie) et applications spéciales (fours, redresseurs, soudage, transformateurs radio).
• Par type de refroidissement : avec refroidissement à l'air (transformateurs secs) et à l'huile (transformateurs à huile).
• Selon le nombre de phases côté primaire : monophasées et triphasées.
• Selon la forme du circuit magnétique : à tige, blindé, toroïdal.
• Selon le nombre d'enroulements par phase : deux enroulements, trois enroulements, multi-enroulements (plus de trois enroulements).
• Selon la conception du bobinage : avec enroulements concentriques et alternés (en disque).

3. Appareil

Le transformateur le plus simple (transformateur monophasé) est un dispositif constitué d'un noyau en acier et de deux enroulements.

Le principe d'un transformateur monophasé à deux enroulements
Le noyau magnétique est le système magnétique du transformateur, à travers lequel le flux magnétique principal est fermé.
Lorsqu'une tension alternative est fournie à l'enroulement primaire, une force électromotrice de même fréquence est induite dans l'enroulement secondaire. Si vous connectez un récepteur électrique à l'enroulement secondaire, un courant électrique y apparaît et une tension s'établit aux bornes secondaires du transformateur, qui est légèrement inférieure à la FEM et dépend dans une certaine mesure de la charge.

Symbole du transformateur :
a) - transformateur à noyau en acier, b) - transformateur à noyau de ferrite

4. Caractéristiques du transformateur

• La puissance nominale d’un transformateur est la puissance pour laquelle il est conçu.
• La tension primaire nominale est la tension pour laquelle l'enroulement primaire du transformateur est conçu.
• Tension secondaire nominale - la tension aux bornes de l'enroulement secondaire, résultant de l'état à vide du transformateur et la tension nominale aux bornes de l'enroulement primaire.
• Les courants nominaux sont déterminés par les valeurs de puissance et de tension nominales correspondantes.
• La tension nominale la plus élevée d'un transformateur est la plus élevée des tensions nominales des enroulements du transformateur.
• La tension nominale la plus basse est la plus petite des tensions nominales des enroulements du transformateur.
• La tension nominale moyenne est une tension nominale intermédiaire entre la tension nominale la plus élevée et la plus basse des enroulements du transformateur.

5. Modes

5.1 Ralenti

Le mode sans charge est le mode de fonctionnement du transformateur dans lequel l'enroulement secondaire du transformateur est ouvert et une tension alternative est appliquée aux bornes de l'enroulement primaire.

Un courant circule dans l'enroulement primaire d'un transformateur connecté à une source de courant alternatif, entraînant l'apparition d'un flux magnétique alternatif dans le noyau. Φ , pénétrant dans les deux enroulements. Puisque Φ est le même dans les deux enroulements du transformateur, alors le changement Φ conduit à l'apparition de la même force électromotrice induite à chaque tour des enroulements primaire et secondaire. Valeur instantanée de la force électromotrice induite e dans n'importe quel tour des enroulements est le même et est déterminé par la formule :

où est l'amplitude de la FEM dans un tour.
L'amplitude de la force électromotrice induite dans les enroulements primaire et secondaire sera proportionnelle au nombre de tours dans l'enroulement correspondant :

Où N°1 Et N 2- le nombre de tours qu'ils contiennent.
La chute de tension aux bornes de l'enroulement primaire, comme une résistance, est très faible par rapport à ε 1, et donc pour les valeurs de tension effectives dans le primaire U1 et secondaire U2 enroulements, l'expression suivante sera valable :

K- coefficient de transformation. À K>1 transformateur abaisseur, et quand K<1 - повышающий.

5.2 Mode court-circuit

Mode court-circuit - un mode dans lequel les bornes de l'enroulement secondaire sont fermées par un conducteur de courant avec une résistance égale à zéro ( Z=0).

Un court-circuit d'un transformateur dans les conditions de fonctionnement crée un mode d'urgence, puisque le courant secondaire, et donc primaire, augmente plusieurs dizaines de fois par rapport au courant nominal. Par conséquent, dans les circuits avec transformateurs, une protection est prévue qui, en cas de court-circuit, éteint automatiquement le transformateur.

Il faut distinguer deux modes de court-circuit :

Mode d'urgence - lorsque l'enroulement secondaire est fermé à la tension primaire nominale. Avec un tel court-circuit, les courants augmentent de 15¸ 20 fois. Le bobinage se déforme et l'isolation se carbonise. Le fer brûle aussi. C'est le mode difficile. La protection maximale et gaz déconnecte le transformateur du réseau en cas de court-circuit d'urgence.

Le mode de court-circuit expérimental est un mode dans lequel l'enroulement secondaire est court-circuité, et une telle tension réduite est fournie à l'enroulement primaire lorsque le courant nominal circule à travers les enroulements - c'est ROYAUME-UNI- tension de court-circuit.

Dans des conditions de laboratoire, un test de court-circuit du transformateur peut être effectué. Dans ce cas, la tension exprimée en pourcentage ROYAUME-UNI, à Je 1 =Je 1nom dénoter Royaume-Uni et est appelée tension de court-circuit du transformateur :

Où U 1 nom- tension primaire assignée.

Il s'agit d'une caractéristique du transformateur indiquée dans le passeport.

5.3 Mode de chargement

Mode de charge d'un transformateur - mode de fonctionnement d'un transformateur en présence de courants dans au moins deux de ses enroulements principaux, chacun étant fermé à un circuit externe, et les courants circulant dans deux ou plusieurs enroulements en mode sans charge ne le sont pas pris en compte:

Si la tension est connectée à l'enroulement primaire du transformateur U1, et connectez l'enroulement secondaire à la charge, des courants apparaîtront dans les enroulements Je 1 Et Je 2. Ces courants vont créer des flux magnétiques Φ 1 Et Φ 2, dirigés l’un vers l’autre. Le flux magnétique total dans le circuit magnétique diminue. En conséquence, la FEM induite par le flux total ε 1 Et ε 2 sont en diminution. Tension efficace U1 reste inchangé. Diminuer ε 1 provoque une augmentation du courant Je 1:

Avec un courant croissant Je 1 couler Φ 1 augmente juste assez pour compenser l'effet démagnétisant du débit Φ 2. L'équilibre est à nouveau rétabli à presque la même valeur du débit total.

IV. Transport d'électricité

Le transfert d’électricité des centrales électriques aux consommateurs est l’une des tâches les plus importantes du secteur de l’énergie.
L'électricité est transportée principalement par des lignes électriques aériennes à courant alternatif (OLT), bien qu'il existe une tendance à l'utilisation croissante de câbles et de lignes à courant continu.

La nécessité de transmettre de l'électricité à distance est due au fait que l'électricité est produite par de grandes centrales électriques dotées d'unités puissantes et est consommée par des récepteurs électriques de relativement faible puissance répartis sur une vaste zone. La tendance à la concentration des capacités de production s'explique par le fait qu'avec leur croissance, les coûts relatifs de construction des centrales électriques diminuent et le coût de l'électricité produite diminue.
Le placement de centrales électriques puissantes est effectué en tenant compte d'un certain nombre de facteurs, tels que la disponibilité des ressources énergétiques, leur type, leurs réserves et capacités de transport, les conditions naturelles, la capacité de fonctionner dans le cadre d'un système énergétique unifié, etc. Ces centrales électriques s’avèrent souvent très éloignées des principaux centres de consommation d’électricité. Le fonctionnement de systèmes électriques unifiés couvrant de vastes territoires dépend de l’efficacité du transport de l’électricité sur les distances.
Il est nécessaire de transférer l'électricité des lieux de production vers les consommateurs avec un minimum de pertes. La principale raison de ces pertes est la conversion d'une partie de l'électricité en énergie interne des fils, leur échauffement.

Selon la loi Joule-Lenz, la quantité de chaleur Q, libéré pendant le temps t dans le conducteur par résistance R. quand le courant passe je, équivaut à:

De la formule, il s'ensuit que pour réduire l'échauffement des fils, il est nécessaire de réduire le courant et leur résistance. Pour réduire la résistance des fils, augmentez leur diamètre ; cependant, des fils très épais suspendus entre les supports de lignes électriques peuvent se briser sous l'influence de la gravité, notamment lors de chutes de neige. De plus, à mesure que l'épaisseur des fils augmente, leur coût augmente et ils sont constitués d'un métal relativement coûteux - le cuivre. Par conséquent, un moyen plus efficace de minimiser les pertes d’énergie lors du transport d’électricité consiste à réduire le courant dans les fils.
Ainsi, afin de réduire l'échauffement des fils lors du transport d'électricité sur de longues distances, il est nécessaire de rendre le courant qu'ils contiennent aussi petit que possible.
La puissance actuelle est égale au courant multiplié par la tension :

Par conséquent, pour maintenir la puissance transmise sur de longues distances, il est nécessaire d'augmenter la tension d'autant que le courant dans les fils a été réduit :

Il résulte de la formule qu'à valeurs constantes de puissance du courant transmis et de résistance des fils, les pertes thermiques dans les fils sont inversement proportionnelles au carré de la tension du réseau. Ainsi, pour transmettre l'électricité sur des distances de plusieurs centaines de kilomètres, on utilise des lignes électriques à haute tension (lignes électriques), dont la tension entre les fils est de dizaines et parfois de centaines de milliers de volts.
À l’aide de lignes électriques, les centrales électriques voisines sont regroupées en un seul réseau appelé réseau électrique. Le système énergétique unifié de la Russie comprend un grand nombre de centrales électriques contrôlées à partir d'un seul centre et garantit un approvisionnement ininterrompu en électricité aux consommateurs.

V. GOELRO

1. Histoire

GOELRO (Commission d'État pour l'électrification de la Russie) est un organisme créé le 21 février 1920 pour développer un projet d'électrification de la Russie après la Révolution d'Octobre 1917.

Plus de 200 scientifiques et techniciens ont été impliqués dans les travaux de la commission. La commission était dirigée par G.M. Krjijanovsky. Le Comité central du Parti communiste et V.I. Lénine dirigeaient personnellement et quotidiennement les travaux de la commission GOELRO et déterminaient les principales dispositions fondamentales du plan d'électrification du pays.

À la fin de 1920, la commission avait accompli beaucoup de travail et préparé le « Plan d'électrification de la RSFSR » - un volume de 650 pages de texte avec des cartes et des schémas d'électrification des zones.
Le plan GOELRO, conçu pour 10 à 15 ans, mettait en œuvre les idées de Lénine visant à électrifier l’ensemble du pays et à créer une grande industrie.
Dans le domaine de l'industrie électrique, le plan consistait en un programme destiné à la restauration et à la reconstruction de l'industrie électrique d'avant-guerre, à la construction de 30 centrales électriques régionales et à la construction de puissantes centrales thermiques régionales. Il était prévu que les centrales électriques soient équipées de chaudières et de turbines de grande taille pour l'époque.
L'une des idées principales du plan était l'utilisation généralisée des énormes ressources hydroélectriques du pays. Une reconstruction radicale basée sur l'électrification de tous les secteurs de l'économie nationale du pays et principalement sur la croissance de l'industrie lourde et la répartition rationnelle de l'industrie dans tout le pays était envisagée.
La mise en œuvre du plan GOELRO a commencé dans les conditions difficiles de la guerre civile et de la ruine économique.

Depuis 1947, l’URSS se classe au premier rang européen et au deuxième rang mondial en matière de production d’électricité.

Le plan GOELRO a joué un rôle énorme dans la vie de notre pays : sans lui, il n'aurait pas été possible de placer l'URSS au rang des pays les plus industrialisés du monde en si peu de temps. La mise en œuvre de ce plan a façonné l’ensemble de l’économie nationale et la détermine encore largement.

L'élaboration et la mise en œuvre du plan GOELRO n'ont été possibles que grâce à la combinaison de nombreux facteurs objectifs et subjectifs : le potentiel industriel et économique considérable de la Russie pré-révolutionnaire, le haut niveau de l'école scientifique et technique russe, la concentration en une seule main de tout le pouvoir économique et politique, sa force et sa volonté, ainsi que la mentalité conciliaire-communautaire traditionnelle du peuple et son attitude obéissante et confiante envers les dirigeants suprêmes.
Le plan GOELRO et sa mise en œuvre ont prouvé la grande efficacité du système de planification de l'État dans des conditions de gouvernement strictement centralisé et ont prédéterminé le développement de ce système pendant de nombreuses décennies.

2. Résultats

À la fin de 1935, le programme de construction électrique fut plusieurs fois dépassé.

Au lieu de 30, 40 centrales électriques régionales ont été construites, dans lesquelles, avec d'autres grandes centrales industrielles, une capacité de 6 914 000 kW a été mise en service (dont 4 540 000 kW étaient régionaux - presque trois fois plus que selon le plan GOELRO).
En 1935, parmi les centrales électriques régionales, il y avait 13 centrales électriques d'une puissance de 100 000 kW chacune.

Avant la révolution, la capacité de la plus grande centrale électrique de Russie (1ère Moscou) n'était que de 75 000 kW ; il n’y avait pas une seule grande centrale hydroélectrique. Au début de 1935, la capacité totale installée des centrales hydroélectriques atteignait près de 700 000 kW.
La plus grande centrale hydroélectrique du monde à cette époque a été construite, la centrale hydroélectrique du Dniepr, Svirskaya 3, Volkhovskaya, etc.. Au point culminant de son développement, le système énergétique unifié de l'URSS était supérieur à bien des égards au systèmes énergétiques des pays développés d’Europe et d’Amérique.

L'électricité était pratiquement inconnue dans les villages avant la révolution. Les grands propriétaires terriens installèrent de petites centrales électriques, mais elles étaient peu nombreuses.

L'électricité a commencé à être utilisée dans l'agriculture : dans les moulins, les coupeuses d'aliments, les machines de nettoyage des grains et les scieries ; dans l'industrie, puis dans la vie de tous les jours.

Liste de la littérature utilisée

Venikov V.A., Transmission de puissance longue distance, M.-L., 1960 ;
Sovalov S. A., Modes de transmission de puissance 400-500 m². EES, M., 1967 ;
Bessonov, L.A. Fondements théoriques du génie électrique. Circuits électriques : manuel / L.A. Bessonov. — 10e éd. - M. : Gardariki, 2002.
Génie électrique : Complexe pédagogique et méthodologique. /ET. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodyanko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Yakovlev ; Edité par N.V. Klinachev. - Tcheliabinsk, 2006-2008.
Systèmes électriques, tome 3 - Transmission d'énergie par courant alternatif et continu de haute tension, M., 1972.

Désolé, rien trouvé.

A notre époque, le niveau de production et de consommation d'énergie est l'un des indicateurs les plus importants du développement des forces de production de la société. Le rôle principal ici est joué par l'électricité - la forme d'énergie la plus universelle et la plus pratique. Si la consommation d'énergie dans le monde double en 25 ans environ, la consommation d'électricité est multipliée par 2 en moyenne en 10 ans. Cela signifie que de plus en plus de processus consommateurs d’énergie sont convertis en électricité.

La production d'énergie. L'électricité est produite dans les grandes et petites centrales électriques, principalement à l'aide de générateurs à induction électromécaniques. Il existe deux principaux types de centrales électriques : thermiques et hydroélectriques. Ces centrales électriques diffèrent par les moteurs qui font tourner les rotors du générateur.

Dans les centrales thermiques, la source d'énergie est le combustible : charbon, gaz, pétrole, fioul, schiste bitumineux. Les rotors des générateurs électriques sont entraînés par des turbines à vapeur et à gaz ou des moteurs à combustion interne. Les plus économiques sont les grandes centrales électriques à turbine thermique à vapeur (en abrégé TPP). La plupart des centrales thermiques de notre pays utilisent de la poussière de charbon comme combustible. Pour générer 1 kW. heures d'électricité, plusieurs centaines de grammes de charbon sont consommés. Dans une chaudière à vapeur, plus de 90 % de l’énergie dégagée par le combustible est transférée à la vapeur. Dans la turbine, l'énergie cinétique des jets de vapeur est transférée au rotor. L'arbre de la turbine est relié rigidement à l'arbre du générateur. Les turbogénérateurs à vapeur sont très rapides : la vitesse du rotor est de plusieurs milliers par minute.

Dès le cours de physique de 10e année, on sait que l'efficacité des moteurs thermiques augmente avec l'augmentation de la température du radiateur et, par conséquent, de la température initiale du fluide de travail (vapeur, gaz). Par conséquent, la vapeur entrant dans la turbine est portée à des paramètres élevés : température - près de 550°C et pression - jusqu'à 25 MPa. Le rendement des centrales thermiques atteint 40 %. La majeure partie de l’énergie est perdue avec la vapeur chaude qui s’échappe.

Les centrales thermiques - appelées centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP) - permettent d'utiliser une partie importante de l'énergie provenant de la vapeur résiduaire dans les entreprises industrielles et pour les besoins domestiques (pour le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude). En conséquence, le rendement de la centrale thermique atteint 60 à 70 %. Actuellement en Russie, les centrales thermiques fournissent environ 40 % de toute l’électricité et approvisionnent des centaines de villes en électricité et en chaleur.

Les centrales hydroélectriques (HPP) utilisent l’énergie potentielle de l’eau pour faire tourner les rotors des générateurs. Les rotors des générateurs électriques sont entraînés par des turbines hydrauliques. La puissance d'une telle centrale dépend de la différence de niveau d'eau créée par le barrage (pression) et de la masse d'eau traversant la turbine chaque seconde (débit d'eau).

Les centrales nucléaires (NPP) jouent un rôle important dans le secteur de l'énergie. Actuellement, les centrales nucléaires russes fournissent environ 10 % de l’électricité.

Principaux types de centrales électriques

Les centrales thermiques sont construites rapidement et à moindre coût, mais elles émettent de nombreuses émissions nocives dans l'environnement et les réserves naturelles de ressources énergétiques sont limitées.

Les centrales hydroélectriques sont plus longues à construire et plus coûteuses ; le coût de l'électricité est minime, mais les terres fertiles sont inondées et la construction n'est possible qu'à certains endroits.

Les centrales nucléaires sont longues à construire et coûteuses, mais l'électricité est moins chère que les centrales thermiques, l'impact nocif sur l'environnement n'est pas significatif (si elles sont correctement exploitées), mais nécessite l'élimination des déchets radioactifs.

Consommation d'électricité

Le principal consommateur d’électricité est l’industrie, qui représente environ 70 % de l’électricité produite. Le transport est également un gros consommateur. De plus en plus de lignes ferroviaires sont converties à la traction électrique. Presque tous les villages et villages reçoivent de l'électricité des centrales électriques pour les besoins industriels et domestiques. Tout le monde connaît l’utilisation de l’électricité pour l’éclairage des maisons et dans les appareils électroménagers.

La majeure partie de l’électricité utilisée est désormais convertie en énergie mécanique. Presque toutes les machines industrielles sont entraînées par des moteurs électriques. Ils sont pratiques, compacts et permettent l’automatisation de la production.

Environ un tiers de l'électricité consommée par l'industrie est utilisée à des fins technologiques (soudage électrique, chauffage électrique et fusion des métaux, électrolyse, etc.).

La civilisation moderne est impensable sans l’utilisation généralisée de l’électricité. La rupture de l'approvisionnement en électricité d'une grande ville et même de petits villages en cas d'accident paralyse leur vie.

Transport d'électricité

Les consommateurs d’électricité sont partout. Il est produit dans relativement peu d’endroits proches des sources de carburant et des ressources hydroélectriques. L'électricité ne peut pas être conservée à grande échelle. Il doit être consommé immédiatement dès sa réception. Il est donc nécessaire de transporter l’électricité sur de longues distances.

Le transport de l’électricité est associé à des pertes notables, car le courant électrique chauffe les fils des lignes électriques. Conformément à la loi Joule-Lenz, l'énergie dépensée pour chauffer les fils de ligne est déterminée par la formule Q = I2Rt où R est la résistance de ligne.

Si la longueur de la ligne est très longue, le transport d’énergie peut devenir économiquement non rentable. Il est pratiquement très difficile de réduire significativement la résistance de la ligne R. Il faut réduire le courant.

Par conséquent, des transformateurs élévateurs sont installés dans les grandes centrales électriques. Le transformateur augmente la tension dans la ligne autant de fois qu’il réduit le courant.

Plus la ligne de transmission est longue, plus il est avantageux d’utiliser une tension plus élevée. Ainsi, dans la ligne de transport à haute tension Volzhskaya HPP - Moscou et quelques autres, une tension de 500 kV est utilisée. Pendant ce temps, les générateurs de courant alternatif sont réglés sur des tensions ne dépassant pas 16-20 kV. Des tensions plus élevées nécessiteraient des mesures spéciales complexes pour isoler les enroulements et d’autres parties des générateurs.

Pour utiliser directement l'électricité dans les moteurs électriques d'entraînement des machines-outils, dans le réseau d'éclairage et à d'autres fins, la tension aux extrémités de la ligne doit être réduite. Ceci est réalisé à l'aide de transformateurs abaisseurs. Le schéma général du transfert d'énergie et de sa répartition est présenté sur la figure.

Habituellement, une diminution de la tension et, par conséquent, une augmentation du courant s'effectuent en plusieurs étapes. A chaque étape, la tension diminue de plus en plus et le territoire couvert par le réseau électrique s'élargit.

Si la tension est très élevée, une décharge peut s'amorcer entre les fils, entraînant une perte d'énergie. L'amplitude admissible de la tension alternative doit être telle que, pour une section transversale donnée du fil, les pertes d'énergie dues à la décharge soient insignifiantes.

Les centrales électriques de plusieurs régions du pays sont reliées par des lignes électriques à haute tension, formant un réseau électrique commun auquel les consommateurs sont connectés. Cette combinaison, appelée réseau électrique, permet de lisser les pics de consommation d'énergie du matin et du soir. Le système électrique garantit un approvisionnement ininterrompu en énergie aux consommateurs, quel que soit leur emplacement. Aujourd'hui, presque tout le territoire de notre pays est approvisionné en électricité par des systèmes énergétiques intégrés. Le système énergétique unifié de la partie européenne du pays est opérationnel.