Výroba a spotreba elektrickej energie. Hlavné charakteristiky ruského elektroenergetiky

Elektrina ako základný motor rozvoja civilizácie vstúpila do života ľudstva pomerne nedávno. Aktívne využívanie elektriny sa začalo pred viac ako sto rokmi.

História svetovej elektroenergetiky

Elektroenergetika je strategické odvetvie ekonomický systém akýkoľvek štát. História vzniku a rozvoja energetickej efektívnosti siaha až do konca 19. storočia. Predchodcom vzniku priemyselnej výroby elektriny bolo objavenie základných zákonov o povahe a vlastnostiach elektrického prúdu.

Za začiatok výroby a prenosu elektriny sa považuje rok 1892. Vtedy bola v New Yorku postavená prvá elektráreň pod vedením Thomasa Edisona. Stanica sa stala zdrojom elektrického prúdu pre lampy pouličného osvetlenia. Bola to prvá skúsenosť s premenou tepelnej energie zo spaľovania uhlia na elektrickú energiu.

Odvtedy sa začala éra masovej výstavby tepelných elektrární (TEP) na tuhé palivo – energetické uhlie. S rozvojom ropného priemyslu sa objavili obrovské zásoby vykurovacieho oleja, ktoré vznikli v dôsledku rafinácie ropných produktov. Boli vyvinuté technológie na získavanie nosiča tepelnej energie (pary) zo spaľovania vykurovacieho oleja.

Od tridsiatych rokov minulého storočia sa rozšírili vodné elektrárne (VVE). Podniky začali využívať energiu padajúcich vodných tokov z riek a nádrží.

V 70. rokoch sa začala rýchla výstavba jadrových elektrární (JE). Zároveň sa začali vyvíjať a zavádzať alternatívne zdroje elektriny: veterné turbíny, solárne panely, alkalicko-kyslé geostanice. Objavili sa miniinštalácie, ktoré využívajú teplo na výrobu elektriny v dôsledku chemických procesov rozkladu hnoja a domáceho odpadu.

História ruského elektroenergetiky

Silným impulzom pre rozvoj výroby elektrickej energie bolo prijatie plánu GOELRO mladým štátom ZSSR v roku 1920. Bolo rozhodnuté postaviť 10 elektrární s celkovým výkonom 640 tisíc kW počas 15 rokov. Do roku 1935 však bolo uvedených do prevádzky 40 štátnych regionálnych elektrární (GRES). Bola vytvorená silná základňa pre industrializáciu Ruska a zväzových republík.

V 30. rokoch sa na území ZSSR začala hromadná výstavba vodných elektrární (VVE). Rieky Sibíri boli vyvinuté. Slávna vodná elektráreň Dneper bola postavená na Ukrajine. V povojnových rokoch štát venoval pozornosť výstavbe vodných elektrární.

Dôležité! Vznik lacnej elektriny v Rusku vyriešil problém mestskej dopravy vo veľkých regionálnych centrách. Električky a trolejbusy sa stali nielen ekonomickým stimulom pre využívanie elektriny v doprave, ale priniesli aj výrazné zníženie spotreby kvapalných palív. Lacné energetické zdroje viedli k vzniku železnice elektrické lokomotívy

V 70. rokoch došlo v dôsledku globálnej energetickej krízy k prudkému nárastu cien ropy. V Rusku sa začal realizovať plán rozvoja jadrovej energetiky. Takmer vo všetkých republikách Sovietsky zväz začali stavať jadrové elektrárne. Dnešné Rusko sa v tomto smere stalo lídrom. Dnes na území Ruská federácia V prevádzke je 21 jadrových elektrární.

Základné technologické procesy v elektroenergetike

Výroba elektriny v Rusku je založená na troch pilieroch energetického systému. Ide o jadrovú, tepelnú a vodnú energiu.

Tri typy výroby elektriny

Elektroenergetika

Zoznam priemyselných zdrojov výroby elektrickej energie pozostáva zo 4 energetických sektorov:

• atómový;
• tepelný;
• vodná energia;
• alternatíva.

Jadrová energia

Toto odvetvie výroby energie je dnes najviac efektívnym spôsobom výrobu elektriny prostredníctvom jadrovej reakcie. Na tento účel sa používa čistený urán. Srdcom stanice je jadrový reaktor.

Zdrojom tepla sú palivové články (palivové články). Sú to tenké dlhé zirkónové trubice obsahujúce uránové tablety. Spájajú sa do skupín - palivová zostava (palivová zostava). Zaťažujú nádobu reaktora, v telese ktorej sú potrubia s vodou. Pri jadrovom rozpade uránu sa uvoľňuje teplo, ktoré ohrieva vodu v primárnom okruhu na 3200.

Para prúdi k lopatkám turbín, ktoré roztáčajú generátory striedavého prúdu. Elektrina vstupuje do všeobecného energetického systému cez transformátory.

Poznámka! Vedci z celého sveta si pripomínajú tragédiu v Černobyle a zlepšujú bezpečnostný systém jadrových elektrární. Najnovší vývoj v jadrovej energetike zabezpečuje, že jadrové elektrárne sú takmer 100% neškodné.

Termálna energia

Tepelné elektrárne fungujú na princípe spaľovania prírodných palív: uhlia, plynu a vykurovacieho oleja. Voda prechádzajúca potrubím cez kotly sa premieňa na paru a následne je privádzaná k lopatkám generátorových turbín.

Ďalšie informácie. Za 4 roky prevádzky jednej skupiny palivových tyčí sa vyrobí také množstvo elektriny, že tepelná elektráreň bude potrebovať na spálenie 730 zásobníkov zemného plynu, 600 vagónov na uhlie alebo 900 ropných železničných cisterien.

Tepelné elektrárne navyše výrazne zhoršujú environmentálnu situáciu v oblastiach, kde sa nachádzajú. Produkty spaľovania paliva silne znečisťujú ovzdušie. Požiadavky na čistotu životného prostredia spĺňajú len stanice pracujúce na agregátoch s plynovou turbínou.

Vodná energia

Príklady efektívna aplikácia vodné elektrárne sú vodné elektrárne Asuán, Sayano-Shushenskaya atď. Najekologickejšie elektrárne, ktoré využívajú kinetickú energiu pohybu vody, neprodukujú žiadne škodlivé emisie do životného prostredia. Hromadná výstavba hydrotechnických stavieb je však limitovaná súhrou okolností. Ide o prítomnosť určitého množstva prirodzeného vodného toku, vlastnosti terénu a oveľa viac.

alternatívna energia

Vedecká a technologická revolúcia sa nezastaví ani na minútu. Každý deň prináša inovácie vo výrobe elektrického prúdu. Zvedavé mysle sú neustále zaneprázdnené hľadaním nových technológií na výrobu elektriny, ktoré fungujú ako alternatíva k tradičným spôsobom výroby elektriny.

Treba spomenúť veterné generátory, prílivové morské stanice a solárne panely. Spolu s tým sa objavili zariadenia, ktoré generujú elektrický prúd pomocou rozkladného tepla domáci odpad, odpadové produkty veľ dobytka. Existujú zariadenia, ktoré využívajú teplotný rozdiel medzi rôznymi vrstvami pôdy, zásadité a kyslé prostredie pôdy na rôznych úrovniach. Alternatívne zdroje elektriny majú jedno spoločné – tým je neporovnateľnosť množstva vyrobenej energie s objemom odoberanej elektriny. tradičnými spôsobmi(JE, TPP a VE).

Prenos a rozvod elektrickej energie

Bez ohľadu na dizajn elektrární sa ich energia dodáva do jednotného energetického systému krajiny. Prenesená elektrina vstupuje do distribučných rozvodní a odtiaľ sa dostáva k samotným spotrebiteľom. Elektrina sa od výrobcov prenáša vzduchom cez elektrické vedenie. Na krátke vzdialenosti prúdi prúd v kábli, ktorý je položený pod zemou.

Spotreba elektrickej energie

S príchodom nových priemyselných zariadení, uvádzaním obytných komplexov a občianskych budov do prevádzky sa spotreba elektriny každým dňom zvyšuje. Takmer každý rok sa v Rusku uvádzajú do prevádzky nové elektrárne alebo sa existujúce podniky dopĺňajú novými energetickými jednotkami.

Druhy činností v elektroenergetike

Elektrické spoločnosti sa zaoberajú nepretržitou dodávkou elektriny každému spotrebiteľovi. V energetike prevyšuje zamestnanosť niektoré vedúce odvetvia národného hospodárstva štátu.

Operatívne dispečerské riadenie

ODU hrá Dôležitá rola pri prerozdeľovaní energetických tokov v prostredí meniacich sa úrovní spotreby. Dispečerské služby sú zamerané na prenos elektriny od výrobcu k spotrebiteľovi v bezproblémovom režime. V prípade akýchkoľvek havárií alebo porúch na elektrickom vedení plní ODU úlohy operačného veliteľstva pre rýchle odstránenie tieto nedostatky.

Energosbyt

Tarify za platbu za spotrebu elektriny zahŕňajú náklady na zisky energetických spoločností. Správnosť a včasnosť úhrady za spotrebované služby sleduje služba Energosbyt. Od toho závisí finančná podpora celého energetického systému krajiny. Neplatičom sa ukladajú sankcie až do odpojenia napájania spotrebiteľa vrátane.

Energetický systém je obehový systém jediného organizmu štátu. Výroba elektriny je strategickou oblasťou pre bezpečnosť existencie a rozvoja ekonomiky krajiny.

Video

vo fyzike

na tému „Výroba, prenos a využitie elektriny“

Žiaci 11. ročníka A

Mestský vzdelávací ústav č.85

Catherine.

Abstraktný plán.

Úvod.

1. Výroba elektriny.

1. typy elektrární.

2. alternatívne zdroje energie.

2. Prenos elektriny.

transformátory.

3. Spotreba elektriny.

Úvod.

Zrod energie nastal pred niekoľkými miliónmi rokov, keď sa ľudia naučili používať oheň. Oheň im dal teplo a svetlo, bol zdrojom inšpirácie a optimizmu, zbraňou proti nepriateľom a divokým zvieratám, náprava, pomocník v poľnohospodárstve, konzervant potravín, technologická pomôcka a pod.

Objavil sa úžasný mýtus o Prometheovi, ktorý dal ľuďom oheň Staroveké Grécko oveľa neskôr ako v mnohých častiach sveta sa osvojili pomerne sofistikované metódy manipulácie s ohňom, jeho výroby a hasenia, uchovávania ohňa a racionálneho využívania paliva.

Dlhé roky sa oheň udržiaval spaľovaním rastlinných zdrojov energie (drevo, kríky, trstina, tráva, suché riasy atď.) a potom sa zistilo, že na udržanie ohňa je možné použiť fosílne látky: uhlie, ropa, bridlica , rašelina.

Dnes zostáva energia hlavnou zložkou ľudského života. Umožňuje vytvárať rôzne materiály a je jedným z hlavných faktorov vývoja nových technológií. Jednoducho povedané, bez masteringu rôzne druhy energie, človek nie je schopný plnohodnotne existovať.

Vytváranie energie.

Typy elektrární.

Tepelná elektráreň (TPP), elektráreň, ktorá vyrába elektrickú energiu ako výsledok premeny tepelnej energie uvoľnenej pri spaľovaní fosílnych palív. Prvé tepelné elektrárne sa objavili koncom 19. storočia a rozšírili sa. V polovici 70. rokov 20. storočia boli hlavným typom elektrární tepelné elektrárne.

V tepelných elektrárňach sa chemická energia paliva premieňa najskôr na mechanickú energiu a potom na elektrickú energiu. Palivom pre takúto elektráreň môže byť uhlie, rašelina, plyn, bridlica a vykurovací olej.

Tepelné elektrárne sa delia na kondenzácii(IES), určené len na výrobu elektrickej energie, a kombinované teplárne a elektrárne(CHP), vyrábajúca okrem elektrickej energie aj tepelnú energiu vo forme horúcej vody a pary. Veľké CPP regionálneho významu sa nazývajú štátne okresné elektrárne (SDPP).

Najjednoduchší schematický diagram uhoľného IES je znázornený na obrázku. Uhlie sa privádza do palivového zásobníka 1 a z neho do drviacej jednotky 2, kde sa mení na prach. Uhoľný prach vstupuje do pece generátora pary (parného kotla) 3, ktorý má sústavu rúrok, v ktorých cirkuluje chemicky čistená voda, nazývaná napájacia voda. V kotli sa voda ohrieva, odparuje a výsledná nasýtená para sa privedie na teplotu 400-650 °C a pod tlakom 3-24 MPa vstupuje parovodom do parnej turbíny 4. Parametre pary závisia na výkone jednotiek.

Tepelné kondenzačné elektrárne majú nízku účinnosť (30 – 40 %), pretože väčšina energie sa stráca v spalinách a chladiacej vode kondenzátora. Je výhodné stavať CPP v tesnej blízkosti miest výroby paliva. V tomto prípade môžu byť spotrebitelia elektriny umiestnení v značnej vzdialenosti od stanice.

Elektráreň na kombinovanú výrobu tepla a elektriny sa od kondenzačnej stanice líši tým, že je na nej inštalovaná špeciálna vykurovacia turbína s odsávaním pary. V tepelnej elektrárni sa jedna časť pary úplne spotrebuje v turbíne na výrobu elektriny v generátore 5 a potom vstupuje do kondenzátora 6 a druhá, ktorá má vyššiu teplotu a tlak, sa odoberá z medzistupňa turbína a slúži na zásobovanie teplom. Kondenzát je privádzaný čerpadlom 7 cez odvzdušňovač 8 a potom napájacím čerpadlom 9 do parogenerátora. Množstvo odobratej pary závisí od potreby tepelnej energie podnikov.

Účinnosť tepelných elektrární dosahuje 60-70%. Takéto stanice sú zvyčajne postavené v blízkosti spotrebiteľov - priemyselných podnikov alebo obytných oblastí. Najčastejšie jazdia na dovezené palivo.

Termálne stanice s plynová turbína(GTPP), paroplyn(PHP) a dieselové závody.

V spaľovacej komore elektrárne s plynovou turbínou sa spaľuje plyn alebo kvapalné palivo; produkty spaľovania s teplotou 750-900 ºС vstupujú do plynovej turbíny, ktorá otáča elektrický generátor. Účinnosť takýchto tepelných elektrární je zvyčajne 26-28%, výkon - až niekoľko stoviek MW . GTPP sa zvyčajne používajú na pokrytie špičiek elektrického zaťaženia. Účinnosť PGES môže dosiahnuť 42 - 43%.

Najekonomickejšie sú veľké elektrárne s tepelnou parnou turbínou (skrátene TPP). Väčšina tepelných elektrární u nás využíva ako palivo uhoľný prach. Na výrobu 1 kWh elektriny sa spotrebuje niekoľko stoviek gramov uhlia. V parnom kotli sa viac ako 90 % energie uvoľnenej palivom prenáša na paru. V turbíne sa kinetická energia prúdov pary prenáša na rotor. Hriadeľ turbíny je pevne spojený s hriadeľom generátora.

Moderné parné turbíny pre tepelné elektrárne sú veľmi pokrokové, vysokorýchlostné, vysoko ekonomické stroje s dlhou životnosťou. Ich výkon v jednohriadeľovej verzii dosahuje 1 milión 200 tisíc kW, a to nie je limit. Takéto stroje sú vždy viacstupňové, to znamená, že zvyčajne majú niekoľko desiatok kotúčov s pracovnými lopatkami a pred každým kotúčom rovnaký počet skupín trysiek, ktorými prúdi prúd pary. Tlak a teplota pary postupne klesajú.

Z fyzikálneho kurzu je známe, že účinnosť tepelných motorov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa počiatočnou teplotou pracovnej tekutiny. Para vstupujúca do turbíny je preto privedená na vysoké parametre: teplota - takmer 550 ° C a tlak - až 25 MPa. Účinnosť tepelných elektrární dosahuje 40 %. Väčšina z energia sa stráca spolu s horúcou výfukovou parou.

Vodná elektráreň (vodná elektráreň), komplex konštrukcií a zariadení, cez ktoré sa premieňa energia prúdenia vody na elektrickú energiu. Vodná elektráreň pozostáva zo sériového okruhu hydraulické konštrukcie, zabezpečenie potrebnej koncentrácie prúdu vody a vytvárania tlaku a energetické zariadenia, ktoré premieňajú energiu vody pohybujúcej sa pod tlakom na mechanickú rotačnú energiu, ktorá sa zase premieňa na elektrickú energiu.

Tlak vodnej elektrárne vzniká koncentráciou spádu rieky v priestore využívanom priehradou, príp. odvodenie, alebo priehrada a odklon spolu. Hlavné energetické zariadenie vodnej elektrárne sa nachádza v budove vodnej elektrárne: v strojovni elektrárne - hydraulické jednotky, pomocné zariadenia, automatické riadiace a monitorovacie zariadenia; v centrálnom riadiacom stanovišti - konzola operátor-dispečer resp automobilový prevádzkovateľ vodnej elektrárne. Zvyšovanie trafostanica Nachádza sa tak vo vnútri budovy vodnej elektrárne, ako aj v samostatných budovách alebo na voľnom priestranstve. Spínacie prístroječasto umiestnené na otvorenom priestranstve. Budovu vodnej elektrárne možno rozdeliť na časti s jedným alebo viacerými blokmi a pomocným zariadením, oddelené od priľahlých častí budovy. V budove vodnej elektrárne alebo vo vnútri sa vytvára miesto inštalácie na montáž a opravu rôznych zariadení a na pomocné operácie pri údržbe vodnej elektrárne.

Podľa inštalovaného výkonu (v MW) rozlišovať medzi vodnými elektrárňami mocný(viac ako 250), priemer(do 25) a malý(do 5). Výkon vodnej elektrárne závisí od tlaku (rozdiel medzi hladinami proti prúdu a po prúde). ), prietok vody používaný v hydraulických turbínach a účinnosť hydraulického agregátu. Tlak a prietok vody sa z viacerých dôvodov (napríklad v dôsledku sezónnych zmien hladiny vody v nádržiach, kolísania zaťaženia elektrizačnej sústavy, opráv hydraulických agregátov alebo vodných stavieb a pod.) neustále menia a navyše sa prietok mení pri regulácii výkonu vodnej elektrárne. Prevádzka vodnej elektrárne má ročné, týždenné a denné cykly.

Na základe maximálneho používaného tlaku sa vodné elektrárne delia na vysoký tlak(viac ako 60 m), stredný tlak(od 25 do 60 m) A nízky tlak(od 3 do 25 m). Na nížinných riekach tlaky zriedka presahujú 100 m, v horských podmienkach môže priehrada vytvárať tlaky až 300 m a viac a pomocou odvodenia - až 1500 m. Rozdelenie vodných elektrární podľa použitého tlaku je približného, ​​podmieneného charakteru.

Podľa vzoru využívania vodných zdrojov a koncentrácie tlaku sa vodné elektrárne zvyčajne delia na kanál , priehrada , odklon s tlakovým a beztlakovým odklonom, zmiešaný, prečerpávací A prílivový .

V prietokových a priehradných vodných elektrárňach je tlak vody vytváraný priehradou, ktorá blokuje rieku a zvyšuje hladinu vody v hornom bazéne. Zároveň je nevyhnutné určité zaplavenie údolia rieky. Prietočné a priehradné vodné elektrárne sú postavené tak na nížinných vysokovodných riekach, ako aj na horských riekach, v úzkych stlačených údoliach. Prietočné vodné elektrárne sa vyznačujú tlakom do 30-40 m.

Pri vyšších tlakoch sa ukazuje ako nevhodné prenášať hydrostatický tlak vody do budovy vodnej elektrárne. V tomto prípade sa používa typ priehrada K odpadovej vode prilieha vodná elektráreň, v ktorej je tlakové čelo po celej dĺžke blokované hrádzou a budova vodnej elektrárne sa nachádza za hrádzou.

Iný typ rozloženia prehradený Vodná elektráreň zodpovedá horským podmienkam s relatívne nízkymi prietokmi riek.

IN derivačný Koncentrácia spádu vodnej elektrárne sa vytvára odklonom; voda na začiatku využívaného úseku toku je odvádzaná z koryta privádzačom so sklonom výrazne menším ako je priemerný sklon toku v tomto úseku a s narovnávaním zákrut a zákrut koryta. Koniec odklonu je privedený na miesto budovy vodnej elektrárne. Odpadová voda sa buď vracia do rieky, alebo sa dodáva do ďalšej obchádzkovej vodnej elektrárne. Odklon je prospešný, keď je sklon rieky vysoký.

Osobitné miesto medzi vodnými elektrárňami zaujíma prečerpávacích elektrární(PSPP) a prílivové elektrárne(PES). Výstavba prečerpávacích elektrární je poháňaná rastúcim dopytom po špičkovom výkone vo veľkých energetických sústavách, ktorý určuje výrobnú kapacitu potrebnú na pokrytie špičkového zaťaženia. Schopnosť prečerpávacích elektrární akumulovať energiu je založená na skutočnosti, že voľnú elektrickú energiu v elektrizačnej sústave po určitú dobu využívajú bloky prečerpávacích elektrární, ktoré v čerpacom režime čerpajú vodu z nádrže. do horného skladovacieho bazéna. Počas obdobia špičkového zaťaženia sa nahromadená energia vracia do energetického systému (voda z horného bazéna vstupuje do tlakového potrubia a roztáča hydraulické jednotky fungujúce ako generátor prúdu).

PES premieňa energiu morského prílivu a odlivu na elektrinu. Elektrina prílivových vodných elektrární, vzhľadom na niektoré vlastnosti spojené s periodickým charakterom odlivu a odlivu, môže byť v energetických systémoch využívaná iba v spojení s energiou regulačných elektrární, ktoré kompenzujú výpadky prúdu. prílivových elektrární v priebehu dní alebo mesiacov.

Najdôležitejšou vlastnosťou hydroenergetických zdrojov v porovnaní s palivovými a energetickými zdrojmi je ich nepretržitá obnoviteľnosť. Absencia potreby paliva pre vodné elektrárne určuje nízke náklady na elektrinu vyrobenú vo vodných elektrárňach. Preto výstavba vodných elektrární napriek významným špecifickým kapitálovým investíciám k 1 kW inštalovaný výkon a dlhé doby výstavby boli a sú pripisované veľký význam, najmä ak je to spojené s umiestnením energeticky náročných odvetví.

Jadrová elektráreň (JE), elektráreň, v ktorej sa atómová (jadrová) energia premieňa na elektrickú energiu. Generátorom energie v jadrovej elektrárni je jadrový reaktor. Teplo, ktoré sa v reaktore uvoľní v dôsledku reťazovej reakcie štiepenia jadier niektorých ťažkých prvkov, sa potom premieňa na elektrickú energiu rovnako ako v klasických tepelných elektrárňach (TPP). Na rozdiel od tepelných elektrární, ktoré bežia na fosílne palivá, jadrové elektrárne bežia jadrové palivo(na základe 233 U, 235 U, 239 Pu). Zistilo sa, že svetové energetické zdroje jadrového paliva (urán, plutónium atď.) výrazne prevyšujú energetické zdroje prírodných zásob organického paliva (ropa, uhlie, zemný plyn atď.). To otvára široké vyhliadky na uspokojenie rýchlo rastúcich požiadaviek na palivo. Okrem toho je potrebné brať do úvahy stále sa zvyšujúci objem spotreby uhlia a ropy na technologické účely vo svete. chemický priemysel, ktorá sa stáva vážnym konkurentom tepelným elektrárňam. Napriek objavom nových ložísk organického paliva a zdokonaľovaniu metód jeho výroby je vo svete tendencia k relatívnemu zvyšovaniu jeho nákladov. To vytvára najťažšie podmienky pre krajiny s obmedzenými zásobami fosílnych palív. Je zjavná potreba rýchleho rozvoja jadrovej energetiky, ktorá už dnes zaujíma popredné miesto v energetickej bilancii mnohých priemyselných krajín na celom svete.

Schematický diagram jadrovej elektrárne s jadrovým reaktorom s chladenie vodou, znázornené na obr. 2. Teplo uvoľnené v jadro reaktor chladiaca kvapalina, je odoberaná vodou z 1. okruhu, ktorá je prečerpávaná cez reaktor obehovým čerpadlom.Ohriata voda z reaktora vstupuje do výmenníka tepla (parogenerátora) 3, kde odovzdáva teplo prijaté v reaktore vode 2. okruhu. Voda 2. okruhu sa v parogenerátore vyparí a vytvorí sa para, ktorá potom vstupuje do turbíny 4.

V jadrových elektrárňach sa najčastejšie používajú 4 typy tepelných neutrónových reaktorov:

1) voda-voda s obyčajnou vodou ako moderátorom a chladivom;

2) grafit-voda s vodným chladivom a grafitovým moderátorom;

3) ťažká voda s vodným chladivom a ťažkou vodou ako moderátorom;

4) graffito - plyn s chladiacou kvapalinou a grafitovým moderátorom.

Voľba prevažne používaného typu reaktora je daná najmä nahromadenými skúsenosťami v nosnom reaktore, ako aj dostupnosťou potrebného priemyselného zariadenia, surovinovými zásobami a pod.

Reaktor a jeho servisné systémy zahŕňajú: samotný reaktor s biologickou ochranou , výmenníky tepla, čerpadlá alebo dúchacie jednotky, ktoré cirkulujú chladivo, potrubia a armatúry pre cirkulačný okruh, zariadenia na prekládku jadrového paliva, špeciálne ventilačné systémy, systémy núdzového chladenia atď.

Na ochranu personálu jadrovej elektrárne pred ožiarením je reaktor obklopený biologickým tienením, ktorého hlavnými materiálmi sú betón, voda a serpentínový piesok. Zariadenie okruhu reaktora musí byť úplne utesnené. Je zabezpečený systém monitorovania miest možných únikov chladiva, prijímajú sa opatrenia, aby netesnosti a poruchy okruhu neviedli k rádioaktívnym emisiám a kontaminácii areálu jadrovej elektrárne a okolia. Rádioaktívny vzduch a malé množstvo pár chladiacej kvapaliny v dôsledku prítomnosti netesností z okruhu sú odvádzané z bezobslužných miestností jadrovej elektrárne špeciálnym ventilačným systémom, v ktorom sú umiestnené čistiace filtre a zásobníky plynu, aby sa eliminovala možnosť znečistenia ovzdušia. Dodržiavanie pravidiel radiačnej bezpečnosti personálom JE monitoruje služba dozimetrickej kontroly.

Prítomnosť biologickej ochrany, špeciálneho vetracieho a havarijného chladiaceho systému a dozimetrickej monitorovacej služby umožňuje úplne chrániť obsluhujúci personál JE pred škodlivými účinkami rádioaktívneho žiarenia.

Jadrové elektrárne, ktorých je najviac moderný vzhľad elektrárne majú oproti iným typom elektrární celý rad významných výhod: za bežných prevádzkových podmienok vôbec neznečisťujú životné prostredie, nevyžadujú pripojenie k zdroju surovín a teda môžu byť umiestnené takmer kdekoľvek. Nové bloky majú kapacitu takmer rovnakú ako priemerná vodná elektráreň, ale faktor využitia inštalovaného výkonu v jadrovej elektrárni (80 %) výrazne prevyšuje túto hodnotu pre vodnú elektráreň alebo tepelnú elektráreň.

JE za normálnych prevádzkových podmienok prakticky nemajú žiadne významné nevýhody. Nemožno si však nevšimnúť nebezpečenstvo jadrových elektrární za možných okolností vyššej moci: zemetrasenia, hurikány atď. - tu staré modely energetických blokov predstavujú potenciálne nebezpečenstvo radiačnej kontaminácie území v dôsledku nekontrolovaného prehrievania reaktora.

Alternatívne zdroje energie.

Energia slnka.

IN V poslednej dobe záujem o problém používania solárna energia sa prudko zvýšil, pretože potenciál energie založený na využití prím slnečné žiarenie, sú mimoriadne veľké.

Najjednoduchším kolektorom slnečného žiarenia je čierny kovový (zvyčajne hliníkový) plech, vo vnútri ktorého sú rúrky, v ktorých cirkuluje kvapalina. Zohrievaná slnečnou energiou absorbovanou kolektorom sa kvapalina dodáva na priame použitie.

Solárna energia je jedným z materiálovo najnáročnejších druhov výroby energie. Veľkoplošné využívanie slnečnej energie so sebou prináša gigantický nárast potreby materiálov a následne aj pracovných zdrojov na ťažbu surovín, ich obohacovanie, získavanie materiálov, výrobu heliostatov, kolektorov, iných zariadení a ich prepravu.

Elektrická energia generovaná slnečnými lúčmi je zatiaľ oveľa drahšia ako energia získaná tradičnými metódami. Vedci dúfajú, že experimenty, ktoré uskutočnia na pilotných zariadeniach a staniciach, pomôžu vyriešiť nielen technické, ale aj ekonomické problémy.

Veterná energia.

Energia pohybujúcich sa vzdušných hmôt je obrovská. Zásoby veternej energie sú viac ako stokrát väčšie ako zásoby vodnej energie všetkých riek na planéte. Vetry fúkajú neustále a všade na zemi. Klimatické podmienky umožňujú rozvoj veternej energie na rozsiahlom území.

Dnes však veterné motory pokrývajú len tisícinu svetovej spotreby energie. Preto sa pri vytváraní návrhov veterného kolesa, srdca každej veternej elektrárne, podieľajú leteckí špecialisti, ktorí vedia vybrať najvhodnejší profil listu a študovať ho vo veternom tuneli. Vďaka úsiliu vedcov a inžinierov bola vytvorená široká škála návrhov moderných veterných turbín.

Energia Zeme.

Ľudia už dlho vedia o spontánnych prejavoch gigantickej energie ukrytej v hlbinách zemegule. Pamäť ľudstva uchováva legendy o katastrofických sopečných erupciách, ktoré zabili milióny ľudí ľudské životy, ktoré zmenili vzhľad mnohých miest na Zemi na nepoznanie. Sila erupcie aj relatívne malej sopky je kolosálna, je mnohonásobne väčšia ako sila najväčších elektrární vytvorených ľudskou rukou. Pravda, o priamom využívaní energie sopečných erupcií sa netreba baviť, ľudia ešte nemajú schopnosť tento rebelantský živel skrotiť.

Energia Zeme je vhodná nielen na vykurovanie priestorov, ako je to na Islande, ale aj na výrobu elektriny. Elektrárne využívajúce horúce podzemné pramene fungujú už dlho. Prvá takáto elektráreň, stále s veľmi nízkym výkonom, bola postavená v roku 1904 v malom talianskom meste Larderello. Postupne výkon elektrárne rástol, do prevádzky sa uvádzali stále nové a nové bloky, využívali sa nové zdroje teplej vody a dnes už výkon stanice dosiahol impozantnú hodnotu 360-tisíc kilowattov.

Prenos elektriny.

Transformátory.

Kúpili ste si chladničku ZIL. Predajca vás upozornil, že chladnička je určená na sieťové napätie 220 V. A vo vašom dome je sieťové napätie 127 V. Bezvýchodisková situácia? Vôbec nie. Musíte len urobiť dodatočné náklady a kúpiť transformátor.

Transformátor- veľmi jednoduché zariadenie, ktoré umožňuje zvyšovať aj znižovať napätie. Premena striedavého prúdu sa vykonáva pomocou transformátorov. Transformátory prvýkrát použil v roku 1878 ruský vedec P. N. Yablochkov na napájanie „elektrických sviečok“, ktoré vynašiel, v tom čase nového svetelného zdroja. Myšlienku P. N. Yablochkova vyvinul zamestnanec Moskovskej univerzity I. F. Usagin, ktorý navrhol vylepšené transformátory.

Transformátor pozostáva z uzavretého železného jadra, na ktorom sú umiestnené dve (niekedy aj viac) cievky s drôtenými vinutiami (obr. 1). Jedno z vinutí, nazývané primárne vinutie, je pripojené k zdroju striedavého napätia. Druhé vinutie, ku ktorému je pripojená „záťaž“, t.j. prístroje a zariadenia, ktoré spotrebúvajú elektrickú energiu, sa nazýva sekundárne.

Činnosť transformátora je založená na fenoméne elektromagnetickej indukcie. Pri prechode striedavého prúdu cez primárne vinutie sa v železnom jadre objaví striedavý magnetický tok, ktorý v každom vinutí vybudí indukovaný emf. Navyše okamžitá hodnota indukovaného emf e V akékoľvek otočenie primárneho alebo sekundárneho vinutia podľa Faradayovho zákona je určené vzorcom:

e = - Δ F/ Δ t

Ak F= Ф 0 сosωt, teda

e = ω Ф 0 hriech ω t , alebo

e = E 0 hriech ω t ,

Kde E 0 = ω Ф 0 - amplitúda EMF v jednom otočení.

V primárnom vinutí, ktoré má n 1 otáčky, celkové indukované emf e 1 rovná p 1 e.

V sekundárnom vinutí je celkové emf. e 2 rovná p 2 e, Kde n 2- počet závitov tohto vinutia.

Z toho vyplýva

e 1 e2 = n1n2 . (1)

Sumárne napätie u 1 , aplikované na primárne vinutie a EMF e 1 by sa mal rovnať poklesu napätia v primárnom vinutí:

u 1 + e 1 = i 1 R 1 , Kde R 1 - aktívny odpor vinutia, a i 1 - prúdová sila v ňom. Táto rovnica priamo vyplýva zo všeobecnej rovnice. Zvyčajne je aktívny odpor vinutia malý a i 1 R 1 možno zanedbať. Preto

u 1 ≈ -e 1 . (2)

Keď je sekundárne vinutie transformátora otvorené, netečie v ňom žiadny prúd a platí nasledujúci vzťah:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Keďže okamžité hodnoty emf e 1 A e 2 zmena fázy, potom ich pomer vo vzorci (1) možno nahradiť pomerom efektívnych hodnôt E 1 A E 2 týchto EMF alebo, berúc do úvahy rovnosť (2) a (3), pomer efektívnych hodnôt napätia U 1 a U 2 .

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

Rozsah k nazývaný transformačný pomer. Ak k>1, potom je transformátor zostupný, keď k <1 - zvyšujúci sa

Keď je obvod sekundárneho vinutia uzavretý, prúdi v ňom prúd. Potom pomer u 2 ≈ - e 2 už nie je presne splnené, a teda spojenie medzi U 1 a U 2 sa stáva zložitejším ako v rovnici (4).

Podľa zákona o zachovaní energie sa výkon v primárnom okruhu musí rovnať výkonu v sekundárnom okruhu:

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

Kde ja 1 A ja 2 - efektívne hodnoty sily v primárnom a sekundárnom vinutí.

Z toho vyplýva

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

To znamená, že niekoľkonásobným zvýšením napätia pomocou transformátora znížime prúd o rovnakú hodnotu (a naopak).

Vzhľadom na nevyhnutné straty energie v dôsledku uvoľňovania tepla vo vinutí a železnom jadre sú rovnice (5) a (6) približne splnené. V moderných výkonných transformátoroch však celkové straty nepresahujú 2-3%.

V každodennej praxi sa často musíme zaoberať transformátormi. Okrem tých transformátorov, ktoré používame chtiac-nechtiac kvôli tomu, že priemyselné zariadenia sú dimenzované na jedno napätie a mestská sieť používa iné, musíme riešiť aj cievky do auta. Cievka je stupňovitý transformátor. Na vytvorenie iskry, ktorá zapáli pracovnú zmes, je potrebné vysoké napätie, ktoré získame z autobatérie po prvom premene jednosmerného prúdu batérie na striedavý prúd pomocou ističa. Nie je ťažké pochopiť, že až do straty energie použitej na ohrev transformátora, keď sa napätie zvyšuje, prúd klesá a naopak.

Zváracie stroje vyžadujú znižovacie transformátory. Zváranie vyžaduje veľmi vysoké prúdy a transformátor zváracieho stroja má iba jednu výstupnú otáčku.

Pravdepodobne ste si všimli, že jadro transformátora je vyrobené z tenkých oceľových plechov. Deje sa tak, aby sa pri premene napätia nestratila energia. V listovom materiáli budú vírivé prúdy hrať menšiu úlohu ako v pevnom materiáli.

Doma máte do činenia s malými transformátormi. Pokiaľ ide o výkonné transformátory, sú to obrovské štruktúry. V týchto prípadoch je jadro s vinutiami umiestnené v nádrži naplnenej chladiacim olejom.

Prenos elektriny

Spotrebitelia elektriny sú všade. Vyrába sa na relatívne malom počte miest v blízkosti zdrojov palív a vodných zdrojov. Preto je potrebné prenášať elektrickú energiu na vzdialenosti niekedy dosahujúce stovky kilometrov.

Prenos elektriny na veľké vzdialenosti je však spojený s výraznými stratami. Faktom je, že keď prúd preteká elektrickým vedením, ohrieva ich. V súlade so zákonom Joule-Lenz je energia vynaložená na ohrev drôtov vedenia určená vzorcom

kde R je odpor vedenia. Pri veľkej dĺžke vedenia môže byť prenos energie všeobecne nerentabilný. Na zníženie strát môžete samozrejme sledovať cestu znižovania odporu R vedenia zväčšením plochy prierezu vodičov. Ale na zníženie R, napríklad 100-krát, je potrebné zvýšiť hmotnosť drôtu tiež 100-krát. Je jasné, že nemožno dopustiť takú veľkú spotrebu drahého neželezného kovu, nehovoriac o ťažkostiach pri upevňovaní ťažkých drôtov na vysokých stožiaroch atď. Preto sa energetické straty vo vedení znižujú iným spôsobom: znížením prúdu v rade. Napríklad 10-násobné zníženie prúdu znižuje množstvo tepla uvoľneného vo vodičoch 100-krát, t.j. dosiahne sa rovnaký efekt ako stokrát ťažším drôtom.

Keďže prúdový výkon je úmerný súčinu prúdu a napätia, na udržanie prenášaného výkonu je potrebné zvýšiť napätie v prenosovom vedení. Navyše, čím dlhšia je prenosová linka, tým výhodnejšie je použiť vyššie napätie. Napríklad vo vysokonapäťovom prenosovom vedení Volzhskaya HPP - Moskva sa používa napätie 500 kV. Generátory striedavého prúdu sa vyrábajú pre napätie nepresahujúce 16-20 kV, pretože vyššie napätie by si vyžadovalo zložitejšie špeciálne opatrenia na izoláciu vinutí a iných častí generátorov.

Preto sa vo veľkých elektrárňach inštalujú stupňovité transformátory. Transformátor zvyšuje napätie vo vedení o rovnakú hodnotu, ako znižuje prúd. Straty výkonu sú malé.

Na priame využitie elektrickej energie v elektrických hnacích motoroch obrábacích strojov, v osvetľovacej sieti a na iné účely je potrebné znížiť napätie na koncoch vedenia. To je dosiahnuté pomocou transformátorov na zníženie. Okrem toho zvyčajne dochádza k poklesu napätia, a teda k zvýšeniu prúdu v niekoľkých fázach. V každej fáze je napätie stále menšie a územie pokryté elektrickou sieťou sa rozširuje. Schéma prenosu a distribúcie elektriny je znázornená na obrázku.

Elektrické elektrárne v mnohých regiónoch krajiny sú prepojené vysokonapäťovými prenosovými vedeniami, ktoré tvoria spoločnú rozvodnú sieť, ku ktorej sú pripojení spotrebitelia. Takáto asociácia sa nazýva energetický systém. Napájací systém zaisťuje neprerušovanú dodávku energie spotrebiteľom bez ohľadu na ich umiestnenie.

Spotreba elektriny.

Využitie elektrickej energie v rôznych oblastiach vedy.

Dvadsiate storočie sa stalo storočím, kedy veda preniká do všetkých sfér spoločenského života: do ekonomiky, politiky, kultúry, vzdelávania atď. Prirodzene, veda priamo ovplyvňuje vývoj energie a rozsah použitia elektriny. Veda na jednej strane prispieva k rozširovaniu možností využitia elektrickej energie a tým aj k zvyšovaniu jej spotreby, no na druhej strane v dobe, keď neobmedzené využívanie neobnoviteľných zdrojov energie predstavuje nebezpečenstvo pre budúce generácie, je naliehavá úlohami vedy je vývoj technológií na úsporu energie a ich implementácia do života.

Pozrime sa na tieto otázky na konkrétnych príkladoch. Približne 80 % rastu HDP (hrubého domáceho produktu) vyspelých krajín sa dosahuje prostredníctvom technických inovácií, ktorých hlavná časť súvisí s využívaním elektrickej energie. Všetko nové v priemysle, poľnohospodárstve a každodennom živote k nám prichádza vďaka novému vývoju v rôznych odvetviach vedy.

Väčšina vedeckého vývoja začína teoretickými výpočtami. Ak sa však v 19. storočí tieto výpočty robili pomocou pera a papiera, potom vo veku STR (vedeckej a technologickej revolúcie) sa všetky teoretické výpočty, výber a analýza vedeckých údajov a dokonca aj lingvistická analýza literárnych diel vykonávajú pomocou počítačov. (elektronické počítače), ktoré pracujú na elektrickej energii, ktorá je najvhodnejšia na jej prenos na diaľku a jej využitie. Ak sa však počítače pôvodne používali na vedecké výpočty, teraz sa počítače dostali z vedy do života.

Teraz sa používajú vo všetkých oblastiach ľudskej činnosti: na zaznamenávanie a uchovávanie informácií, vytváranie archívov, prípravu a úpravu textov, vykonávanie kresliarskych a grafických prác, automatizáciu výroby a poľnohospodárstva. Elektronizácia a automatizácia výroby sú najdôležitejšími dôsledkami „druhej priemyselnej“ alebo „mikroelektronickej“ revolúcie v ekonomikách vyspelých krajín. Rozvoj komplexnej automatizácie priamo súvisí s mikroelektronikou, ktorej kvalitatívne nová etapa začala po vynájdení mikroprocesora v roku 1971 - mikroelektronického logického zariadenia zabudovaného do rôznych zariadení na riadenie ich činnosti.

Mikroprocesory urýchlili rast robotiky. Väčšina v súčasnosti používaných robotov patrí do takzvanej prvej generácie a používa sa na zváranie, rezanie, lisovanie, poťahovanie atď. Roboty druhej generácie, ktoré ich nahrádzajú, sú vybavené zariadeniami na rozpoznávanie prostredia. A „intelektuálni“ roboti tretej generácie „vidia“, „cítia“ a „počujú“. Vedci a inžinieri označujú jadrovú energiu, prieskum vesmíru, dopravu, obchod, skladovanie, lekársku starostlivosť, spracovanie odpadu a rozvoj bohatstva oceánskeho dna medzi oblasti s najvyššou prioritou pri používaní robotov. Väčšina robotov funguje na elektrickú energiu, ale nárast spotreby elektriny robotmi je kompenzovaný znížením nákladov na energiu v mnohých energeticky náročných výrobných procesoch v dôsledku zavádzania racionálnejších metód a nových energeticky úsporných technologických procesov.

Ale vráťme sa k vede. Všetky nové teoretické poznatky po počítačových výpočtoch sa testujú experimentálne. A spravidla sa v tejto fáze výskum vykonáva pomocou fyzikálnych meraní, chemických analýz atď. Tu sú nástroje vedeckého výskumu rozmanité – početné meracie prístroje, urýchľovače, elektrónové mikroskopy, skenery magnetickej rezonancie atď. Väčšina týchto nástrojov experimentálnej vedy je poháňaná elektrickou energiou.

Veda v oblasti komunikácií a komunikácií sa veľmi rýchlo rozvíja. Satelitná komunikácia sa už nepoužíva len ako prostriedok medzinárodnej komunikácie, ale aj v bežnom živote – paraboly nie sú v našom meste ničím výnimočným. Nové komunikačné prostriedky, ako je technológia vlákien, môžu výrazne znížiť energetické straty v procese prenosu signálov na veľké vzdialenosti.

Veda neobišla ani sféru manažmentu. Ako sa rozvíja vedecko-technický pokrok a rozširujú sa výrobné a nevýrobné sféry ľudskej činnosti, manažment začína zohrávať čoraz dôležitejšiu úlohu pri zvyšovaní ich efektívnosti. Z istého druhu umenia, ktoré bolo donedávna založené na skúsenostiach a intuícii, sa dnes manažment zmenil na vedu. Veda o riadení, všeobecné zákony prijímania, uchovávania, prenosu a spracovania informácií sa nazývajú kybernetika. Tento výraz pochádza z gréckych slov „kormidelník“, „kormidelník“. Nachádza sa v dielach starých gréckych filozofov. K jeho znovuzrodeniu však v skutočnosti došlo v roku 1948, po vydaní knihy „Kybernetika“ od amerického vedca Norberta Wienera.

Pred začiatkom „kybernetickej“ revolúcie existovala iba papierová informatika, ktorej hlavným prostriedkom vnímania bol ľudský mozog a ktorá nevyužívala elektrinu. „Kybernetická“ revolúcia zrodila zásadne inú – strojovú informatiku, zodpovedajúcu giganticky zvýšeným tokom informácií, ktorých zdrojom energie je elektrina. Vznikli úplne nové prostriedky na získavanie informácií, ich akumuláciu, spracovanie a prenos, ktoré spolu tvoria komplexnú informačnú štruktúru. Zahŕňa automatizované riadiace systémy (automatizované riadiace systémy), informačné databanky, automatizované informačné databázy, počítačové centrá, video terminály, kopírovacie a fototelegrafické stroje, národné informačné systémy, satelitné a vysokorýchlostné optické komunikačné systémy – to všetko sa neobmedzene rozšírilo rozsah použitia elektriny.

Mnohí vedci sa domnievajú, že v tomto prípade hovoríme o novej „informačnej“ civilizácii, ktorá nahrádza tradičnú organizáciu spoločnosti priemyselného typu. Táto špecializácia sa vyznačuje nasledujúcimi dôležitými vlastnosťami:

· široké využitie informačných technológií v materiálnej a nehmotnej výrobe, v oblasti vedy, školstva, zdravotníctva a pod.;

· prítomnosť širokej siete rôznych databáz, vrátane verejných;

· premeniť informácie na jeden z najdôležitejších faktorov ekonomického, národného a osobného rozvoja;

· voľný obeh informácií v spoločnosti.

Takýto prechod od industriálnej spoločnosti k „informačnej civilizácii“ bol možný najmä vďaka rozvoju energie a poskytovaniu vhodného typu energie na prenos a využitie – elektrickej energie.

Elektrina vo výrobe.

Modernú spoločnosť si nemožno predstaviť bez elektrifikácie výrobných činností. Už koncom 80-tych rokov sa viac ako 1/3 všetkej spotreby energie na svete realizovalo vo forme elektrickej energie. Začiatkom budúceho storočia sa tento podiel môže zvýšiť na 1/2. Tento nárast spotreby elektriny je spojený predovšetkým s nárastom jej spotreby v priemysle. Väčšina priemyselných podnikov funguje na elektrickú energiu. Vysoká spotreba elektrickej energie je typická pre energeticky náročné odvetvia ako je hutníctvo, hliník a strojárstvo.

Elektrina v dome.

Elektrina je nevyhnutným pomocníkom v každodennom živote. Každý deň sa s ňou stretávame a pravdepodobne si už bez nej nedokážeme predstaviť svoj život. Spomeňte si, kedy ste mali naposledy vypnuté svetlá, to znamená, že do vášho domu nešla elektrina, spomeňte si, ako ste prisahali, že nemáte čas na nič a potrebujete svetlo, potrebujete televízor, rýchlovarnú kanvicu a kopu iných elektrických spotrebičov. Ak by sme totiž mali navždy prísť o energiu, jednoducho by sme sa vrátili do tých dávnych čias, keď sa jedlo varilo na ohni a žili sme v studených vigvamoch.

Významu elektriny v našom živote môže byť venovaná celá báseň, je v našich životoch taká dôležitá a sme na ňu tak zvyknutí. Hoci už nevnímame, že sa dostáva do našich domácností, po vypnutí sa stáva veľmi nepríjemným.

Vážte si elektrinu!

Bibliografia.

1. Učebnica S.V. Gromova „Fyzika, 10. ročník“. Moskva: Osvietenie.

2. Encyklopedický slovník mladého fyzika. Zlúčenina. V.A. Čujanov, Moskva: Pedagogika.

3. Ellion L., Wilkons U.. Fyzika. Moskva: Veda.

4. Koltun M. Svet fyziky. Moskva.

5. Zdroje energie. Fakty, problémy, riešenia. Moskva: Veda a technika.

6. Netradičné zdroje energie. Moskva: Vedomosti.

7. Yudasin L.S. Energia: problémy a nádeje. Moskva: Osvietenie.

8. Podgornyj A.N. Energia vodíka. Moskva: Veda.

Je ťažké preceňovať význam elektriny. Skôr to podvedome podceňujeme. Takmer všetky zariadenia okolo nás totiž bežia na elektrinu. O základnom osvetlení sa netreba baviť. Ale výroba elektriny nás prakticky nezaujíma. Odkiaľ pochádza elektrina a ako sa skladuje (a vôbec, dá sa ušetriť)? Koľko vlastne stojí výroba elektriny? A nakoľko je to bezpečné pre životné prostredie?

Ekonomický význam

Zo školy vieme, že napájanie je jedným z hlavných faktorov dosahovania vysokej produktivity práce. Elektrická energia je jadrom všetkej ľudskej činnosti. Neexistuje jediné odvetvie, ktoré by sa bez nej zaobišlo.

Rozvoj tohto odvetvia naznačuje vysokú konkurencieschopnosť štátu, charakterizuje tempo rastu produkcie tovarov a služieb a takmer vždy sa ukazuje ako problematické odvetvie ekonomiky. Náklady na výrobu elektriny často zahŕňajú významnú počiatočnú investíciu, ktorá sa vráti počas mnohých rokov. Napriek všetkým svojim zdrojom Rusko nie je výnimkou. Koniec koncov, energeticky náročné odvetvia tvoria významnú časť ekonomiky.

Štatistiky nám hovoria, že v roku 2014 výroba elektriny v Rusku ešte nedosiahla sovietsku úroveň z roku 1990. V porovnaní s Čínou a USA vyrába Ruská federácia – respektíve – 5, respektíve 4 krát menej elektriny. Prečo sa to deje? Odborníci tvrdia, že je to zrejmé: najvyššie nevýrobné náklady.

Kto spotrebúva elektrinu

Samozrejme, odpoveď je zrejmá: každý človek. Teraz nás však zaujímajú priemyselné váhy, čo znamená tie odvetvia, ktoré primárne potrebujú elektrinu. Hlavný podiel pripadá na priemysel – asi 36 %; Palivový a energetický komplex (18 %) a rezidenčný sektor (niečo viac ako 15 %). Zvyšných 31 % vyrobenej elektriny pochádza z nevýrobných sektorov, železničnej dopravy a sieťových strát.

Je potrebné vziať do úvahy, že štruktúra spotreby sa výrazne líši v závislosti od regiónu. Na Sibíri teda viac ako 60 % elektriny skutočne využíva priemysel a palivový a energetický komplex. Ale v európskej časti krajiny, kde sa nachádza väčší počet sídiel, je najsilnejším spotrebiteľom rezidenčný sektor.

Elektrárne sú chrbtovou kosťou priemyslu

Výrobu elektriny v Rusku zabezpečuje takmer 600 elektrární. Výkon každého presahuje 5 MW. Celková kapacita všetkých elektrární je 218 GW. Ako získame elektrinu? V Rusku sa používajú tieto typy elektrární:

• tepelné (ich podiel na celkovej produkcii je cca 68,5 %);
• hydraulické (20,3 %);
• atómový (takmer 11 %);
• alternatíva (0,2 %).

Keď sa povie alternatívne zdroje elektriny, napadnú ma romantické obrázky veterných turbín a solárnych panelov. V určitých podmienkach a lokalitách sú to však najziskovejšie typy výroby elektriny.

Tepelné elektrárne

Historicky zaujímali tepelné elektrárne (TPP) hlavné miesto vo výrobnom procese. Na území Ruska sú tepelné elektrárne zabezpečujúce výrobu elektriny klasifikované podľa nasledujúcich kritérií:

• zdroj energie – fosílne palivá, geotermálna alebo solárna energia;
• druh vyrobenej energie – vykurovanie, kondenzácia.

Ďalším dôležitým ukazovateľom je miera účasti na pokrytí harmonogramu elektrického zaťaženia. Tu uvádzame základné tepelné elektrárne s minimálnou prevádzkovou dobou 5000 hodín ročne; pološpičkový (nazývajú sa aj manévrovateľné) - 3 000 - 4 000 hodín ročne; špička (používa sa len počas špičkových hodín) – 1500-2000 hodín ročne.

Technológia výroby energie z paliva

Samozrejme, hlavne výroba, prenos a využitie elektriny spotrebiteľmi sa deje prostredníctvom tepelných elektrární na fosílne palivá. Vyznačujú sa výrobnou technológiou:

• parná turbína;
• diesel;
• plynová turbína;
• paroplyn.

Jednotky parnej turbíny sú najbežnejšie. Prevádzkujú všetky druhy palív, nielen uhlie a plyn, ale aj vykurovací olej, rašelinu, bridlicu, palivové drevo a drevný odpad, ako aj spracované produkty.

Organické palivo

Najväčší objem výroby elektriny sa vyskytuje v štátnej okresnej elektrárni Surgut-2, najvýkonnejšej nielen v Ruskej federácii, ale aj na celom euroázijskom kontinente. Na zemný plyn vyrobí až 5 600 MW elektriny. A spomedzi tých uhoľných má najväčší výkon Reftinskaya GRES – 3800 MW. Viac ako 3000 MW môže poskytnúť aj Kostroma a Surgutskaya GRES-1. Treba poznamenať, že skratka GRES sa od čias Sovietskeho zväzu nezmenila. Je to skratka pre State District Power Plant.

Výrobu a distribúciu elektriny v tepelných elektrárňach musí počas reformy priemyslu sprevádzať technické dovybavenie existujúcich staníc a ich rekonštrukcia. Medzi prioritné úlohy patrí aj výstavba nových kapacít na výrobu energie.

Elektrina z obnoviteľných zdrojov

Elektrina získaná pomocou vodných elektrární je základným prvkom stability jednotného energetického systému štátu. Práve vodné elektrárne dokážu zvýšiť objem výroby elektriny v priebehu niekoľkých hodín.

Veľký potenciál ruskej vodnej energie spočíva v tom, že na území krajiny sa nachádza takmer 9 % svetových zásob vody. Ide o druhé miesto na svete z hľadiska dostupnosti vodných zdrojov. Krajiny ako Brazília, Kanada a Spojené štáty zostali pozadu. Výrobu elektriny vo svete prostredníctvom vodných elektrární trochu komplikuje skutočnosť, že najpriaznivejšie miesta na ich výstavbu sú výrazne vzdialené od obývaných oblastí alebo priemyselných podnikov.

Vďaka elektrine vyrobenej vo vodných elektrárňach sa však krajine darí ušetriť asi 50 miliónov ton paliva. Ak by bolo možné využiť plný potenciál vodnej energie, Rusko by mohlo ušetriť až 250 miliónov ton. A to už je vážna investícia do ekológie krajiny a flexibilnej kapacity energetického systému.

Vodné elektrárne

Výstavba vodných elektrární rieši mnohé otázky, ktoré nesúvisia s výrobou energie. To zahŕňa vytvorenie vodovodných a sanitačných systémov pre celé regióny, výstavbu zavlažovacích sietí, ktoré sú nevyhnutné pre poľnohospodárstvo, protipovodňovú ochranu atď. ľudí.

Výrobu, prenos a distribúciu elektriny v súčasnosti zabezpečuje 102 vodných elektrární, ktorých jednotkový výkon presahuje 100 MW. Celková kapacita ruských hydraulických zariadení sa blíži k 46 GW.

Krajiny vyrábajúce elektrinu pravidelne zostavujú svoje rebríčky. Takže Rusko je teraz na 5. mieste na svete vo výrobe elektriny z obnoviteľných zdrojov. Za najvýznamnejšie objekty treba považovať vodnú elektráreň Zeya (nie je to len prvá z tých, ktoré boli postavené na Ďalekom východe, ale aj pomerne výkonné - 1330 MW), kaskáda elektrární Volga-Kama (celková výroba a prenos elektriny je viac ako 10,5 GW), vodná elektráreň Bureyskaya (2010 MW) atď. Rád by som spomenul aj kaukazské vodné elektrárne. Z niekoľkých desiatok prevádzkovaných v tomto regióne najviac vyniká nová (už sprevádzkovaná) vodná elektráreň Kašchatau s výkonom viac ako 65 MW.

Osobitnú pozornosť si zaslúžia aj geotermálne vodné elektrárne na Kamčatke. Ide o veľmi výkonné a mobilné stanice.

Najvýkonnejšie vodné elektrárne

Ako už bolo uvedené, výrobu a využitie elektrickej energie brzdí odľahlosť hlavných spotrebiteľov. Štát je však zaneprázdnený rozvojom tohto odvetvia. Nielenže sa rekonštruujú existujúce vodné elektrárne, ale stavajú sa aj nové. Musia rozvíjať horské rieky Kaukazu, vysokovodné rieky Ural, ako aj zdroje polostrova Kola a Kamčatka. Medzi najvýkonnejšie patrí niekoľko vodných elektrární.

Sayano-Shushenskaya pomenovaná po. PS Neporozhniy bol postavený v roku 1985 na rieke Jenisej. Jeho súčasná kapacita ešte nedosiahla odhadovaných 6000 MW z dôvodu rekonštrukcie a opráv po havárii v roku 2009.

Výroba a spotreba elektrickej energie vo vodnej elektrárni Krasnojarsk je určená pre hutu hliníka Krasnojarsk. Toto je jediný „klient“ vodnej elektrárne, ktorá bola uvedená do prevádzky v roku 1972. Jeho projektovaná kapacita je 6000 MW. Vodná elektráreň Krasnojarsk je jediná, na ktorej je inštalovaný lodný výťah. Zabezpečuje pravidelnú plavbu po rieke Jenisej.

Vodná elektráreň Bratsk bola uvedená do prevádzky už v roku 1967. Jeho priehrada blokuje rieku Angara pri meste Bratsk. Rovnako ako vodná elektráreň v Krasnojarsku, aj vodná elektráreň Bratsk slúži potrebám hlinikárne v Bratsku. Všetkých 4 500 MW elektriny ide naň. A básnik Jevtušenko venoval tejto vodnej elektrárni báseň.

Ďalšia vodná elektráreň sa nachádza na rieke Angara - Ust-Ilimskaya (s kapacitou niečo vyše 3800 MW). Jeho výstavba začala v roku 1963 a skončila v roku 1979. Zároveň sa začala výroba lacnej elektriny pre hlavných spotrebiteľov: irkutskú a bratskú hlinikáreň, irkutský závod na výrobu lietadiel.

Vodná elektráreň Volzhskaya sa nachádza severne od Volgogradu. Jeho výkon je takmer 2600 MW. Táto najväčšia vodná elektráreň v Európe je v prevádzke od roku 1961. Neďaleko Tolyatti funguje najstaršia z veľkých vodných elektrární Žigulevskaja. Do prevádzky bola uvedená v roku 1957. Výkon vodnej elektrárne je 2330 MW a pokrýva energetické potreby strednej časti Ruska, Uralu a Strednej Volhy.

Výrobu elektriny potrebnej pre potreby Ďalekého východu však zabezpečuje VE Bureyskaya. Dá sa povedať, že je stále veľmi „mladý“ - uvedenie do prevádzky prebehlo až v roku 2002. Inštalovaný výkon tejto vodnej elektrárne je 2010 MW elektrickej energie.

Experimentálne pobrežné vodné elektrárne

Početné oceánske a morské zálivy majú tiež hydroelektrický potenciál. Veď výškový rozdiel počas prílivu vo väčšine z nich presahuje 10 metrov. To znamená, že je možné vyrobiť obrovské množstvo energie. V roku 1968 bola otvorená experimentálna prílivová stanica Kislogubskaya. Jeho výkon je 1,7 MW.

Pokojný atóm

Ruská jadrová energia je technológia s úplným cyklom: od ťažby uránových rúd až po výrobu elektriny. Dnes má krajina 33 energetických blokov v 10 jadrových elektrárňach. Celkový inštalovaný výkon je niečo vyše 23 MW.

Maximálne množstvo elektriny vyrobenej v jadrovej elektrárni bolo v roku 2011. Toto číslo bolo 173 miliárd kWh. Výroba elektriny z jadrových elektrární na obyvateľa vzrástla v porovnaní s predchádzajúcim rokom o 1,5 %.

Prioritným smerom rozvoja jadrovej energetiky je samozrejme prevádzková bezpečnosť. Ale významnú úlohu v boji proti globálnemu otepľovaniu zohrávajú aj jadrové elektrárne. Environmentalisti o tom neustále hovoria a zdôrazňujú, že iba v Rusku je možné znížiť emisie oxidu uhličitého do atmosféry o 210 miliónov ton ročne.

Jadrová energetika sa rozvíjala najmä na severozápade av európskej časti Ruska. V roku 2012 vyrobili všetky jadrové elektrárne asi 17 % všetkej vyrobenej elektriny.

Jadrové elektrárne v Rusku

Najväčšia jadrová elektráreň v Rusku sa nachádza v regióne Saratov. Ročná kapacita JE Balakovo je 30 miliárd kW/h elektrickej energie. V Belojarskej JE (región Sverdlovsk) v súčasnosti funguje iba 3. blok. To nám však umožňuje nazvať ho jedným z najsilnejších. 600 MW elektriny sa získava vďaka rýchlemu neutrónovému reaktoru. Stojí za zmienku, že to bola prvá jednotka na svete s rýchlymi neutrónmi inštalovaná na výrobu elektriny v priemyselnom meradle.

Na Čukotke je inštalovaná jadrová elektráreň Bilibino, ktorá vyrába 12 MW elektriny. A JE Kalinin možno považovať za nedávno postavenú. Jeho prvý blok bol uvedený do prevádzky v roku 1984 a posledný (štvrtý) až v roku 2010. Celkový výkon všetkých pohonných jednotiek je 1000 MW. V roku 2001 bola postavená a uvedená do prevádzky JE Rostov. Od pripojenia druhého energetického bloku - v roku 2010 - jeho inštalovaný výkon presiahol 1000 MW a koeficient využitia výkonu bol 92,4 %.

Veterná energia

Ekonomický potenciál ruskej veternej energie sa odhaduje na 260 miliárd kWh ročne. To je takmer 30 % všetkej elektriny vyrobenej dnes. Výkon všetkých veterných turbín prevádzkovaných v krajine je 16,5 MW energie.

Obzvlášť priaznivé pre rozvoj tohto odvetvia sú regióny ako pobrežia oceánov, podhorské a horské oblasti Uralu a Kaukazu.

I. úvod
II Výroba a použitie elektriny
1. Výroba elektriny
1.1 Generátor
2. Spotreba elektriny
III Transformátory
1. Účel
2. Klasifikácia
3. Zariadenie
4. Charakteristika
5. Režimy
5.1 Voľnobeh
5.2 Režim skratu
5.3 Režim zaťaženia
IV Prenos elektriny
V GOELRO
1. História
2. Výsledky
VI Zoznam referencií

I. úvod

Elektrina, jeden z najdôležitejších druhov energie, zohráva v modernom svete obrovskú úlohu. Je jadrom ekonomík štátov, určuje ich postavenie na medzinárodnej scéne a úroveň rozvoja. Do rozvoja vedeckých odvetví súvisiacich s elektrinou sa ročne investujú obrovské sumy peňazí.
Elektrina je neoddeliteľnou súčasťou každodenného života, preto je dôležité mať informácie o vlastnostiach jej výroby a používania.

II. Výroba a využitie elektriny

1. Výroba elektriny

Výroba elektriny je výroba elektriny jej premenou z iných druhov energie pomocou špeciálnych technických zariadení.
Na výrobu elektriny použite:
Elektrický generátor je elektrický stroj, v ktorom sa mechanická práca premieňa na elektrickú energiu.
Solárna batéria alebo fotočlánok je elektronické zariadenie, ktoré premieňa energiu elektromagnetického žiarenia, hlavne v oblasti svetla, na elektrickú energiu.
Chemické zdroje prúdu - premena časti chemickej energie na elektrickú energiu chemickou reakciou.
Rádioizotopové zdroje elektriny sú zariadenia, ktoré využívajú energiu uvoľnenú počas rádioaktívneho rozpadu na ohrev chladiacej kvapaliny alebo na jej premenu na elektrickú energiu.
Elektrická energia sa vyrába v elektrárňach: tepelných, hydraulických, jadrových, solárnych, geotermálnych, veterných a iných.
Takmer všetky elektrárne priemyselného významu používajú nasledujúcu schému: energia primárneho nosiča energie sa pomocou špeciálneho zariadenia najskôr premení na mechanickú energiu rotačného pohybu, ktorá sa prenesie do špeciálneho elektrického stroja - generátora, kde sa elektrický prúd sa generuje.
Hlavné tri typy elektrární: TPP, HPP, JE
Tepelné elektrárne (TPP) zohrávajú vedúcu úlohu v elektroenergetike mnohých krajín.
Tepelné elektrárne vyžadujú obrovské množstvo organického paliva, ale jeho zásoby sa zmenšujú a náklady neustále rastú v dôsledku čoraz zložitejších výrobných podmienok a prepravných vzdialeností. Ich miera využitia paliva je pomerne nízka (nie viac ako 40 %) a množstvo odpadu, ktorý znečisťuje životné prostredie, je veľké.
Ekonomické, technické, ekonomické a environmentálne faktory neumožňujú považovať tepelné elektrárne za perspektívny spôsob výroby elektriny.
Najhospodárnejšie sú vodné elektrárne (VVE). Ich účinnosť dosahuje 93% a náklady na jednu kWh sú 5-krát lacnejšie ako iné spôsoby výroby elektriny. Využívajú nevyčerpateľný zdroj energie, obsluhuje ich minimálny počet pracovníkov a sú dobre regulované. Z hľadiska veľkosti a výkonu jednotlivých vodných elektrární a blokov naša krajina zaujíma popredné miesto vo svete.
Tempo rozvoja však brzdia značné náklady a čas výstavby v dôsledku odľahlosti staveniska vodných elektrární od veľkých miest, nedostatku ciest, zložitých stavebných podmienok, ktoré podliehajú vplyvu sezónnosti riečnych režimov, rozsiahlych oblastí cenných riečnych tokov. krajiny sú zaplavené nádržami, veľké nádrže negatívne ovplyvňujú situáciu životného prostredia, výkonné vodné elektrárne možno stavať len na miestach, kde sú k dispozícii vhodné zdroje.
Jadrové elektrárne (JE) fungujú na rovnakom princípe ako tepelné elektrárne, t.j. tepelná energia pary sa premieňa na mechanickú energiu otáčania hriadeľa turbíny, ktorý poháňa generátor, kde sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.
Hlavnou výhodou jadrových elektrární je malé množstvo použitého paliva (1 kg obohateného uránu nahradí 2,5 tisíc ton uhlia), v dôsledku čoho je možné jadrové elektrárne postaviť v akýchkoľvek energeticky deficitných oblastiach. Zásoby uránu na Zemi navyše prevyšujú zásoby tradičného minerálneho paliva a pri bezproblémovej prevádzke jadrových elektrární majú malý vplyv na životné prostredie.
Hlavnou nevýhodou jadrových elektrární je možnosť havárií s katastrofálnymi následkami, ktorých prevencia si vyžaduje vážne bezpečnostné opatrenia. Jadrové elektrárne sú navyše zle regulované (úplné odstavenie alebo spustenie trvá niekoľko týždňov) a nie sú vyvinuté technológie na spracovanie rádioaktívneho odpadu.
Jadrová energetika sa stala jedným z popredných odvetví národného hospodárstva a naďalej sa rýchlo rozvíja, pričom zabezpečuje bezpečnosť a čistotu životného prostredia.

1.1 Generátor

Elektrický generátor je zariadenie, v ktorom sa neelektrické druhy energie (mechanická, chemická, tepelná) premieňajú na elektrickú energiu.
Princíp činnosti generátora je založený na tomto jave elektromagnetická indukcia, kedy sa vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli a križujúcom jeho magnetické siločiary indukuje EMP.Preto takýto vodič môžeme považovať za zdroj elektrickej energie.
Spôsob získania indukovaného EMF, pri ktorom sa vodič pohybuje v magnetickom poli, pohybuje sa nahor alebo nadol, je pre praktické použitie veľmi nepohodlný. Preto generátory nevyužívajú lineárny, ale rotačný pohyb vodiča.
Hlavnými časťami každého generátora sú: sústava magnetov alebo najčastejšie elektromagnetov, ktoré vytvárajú magnetické pole, a sústava vodičov, ktoré toto magnetické pole križujú.
Alternátor je elektrický stroj, ktorý premieňa mechanickú energiu na elektrickú energiu striedavého prúdu. Väčšina alternátorov využíva rotujúce magnetické pole.

Keď sa rám otáča, mení sa ním magnetický tok, takže sa v ňom indukuje emf. Keďže rám je pripojený k vonkajšiemu elektrickému obvodu pomocou zberača prúdu (krúžkov a kefiek), v ráme a vonkajšom obvode vzniká elektrický prúd.
Pri rovnomernom otáčaní rámu sa uhol otáčania mení podľa zákona:

Magnetický tok cez rám sa tiež mení v čase, jeho závislosť je určená funkciou:

Kde S− oblasť rámu.
Podľa Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie sa indukované emf vznikajúce v ráme rovná:

kde je amplitúda indukovaného emf.
Ďalšou veličinou, ktorá charakterizuje generátor, je sila prúdu vyjadrená vzorcom:

Kde i- aktuálna sila kedykoľvek, ja m- prúdová amplitúda (maximálna hodnota modulu modulu), φ c- fázový posun medzi kolísaním prúdu a napätia.
Elektrické napätie na svorkách generátora sa mení podľa sínusového alebo kosínusového zákona:

Takmer všetky generátory inštalované v našich elektrárňach sú generátory trojfázového prúdu. V podstate je každý takýto generátor spojením troch generátorov striedavého prúdu v jednom elektrickom stroji, navrhnutých tak, že v nich indukované emfs sú voči sebe posunuté o jednu tretinu periódy:

2. Spotreba elektriny

Napájanie priemyselných podnikov. Priemyselné podniky spotrebúvajú 30 – 70 % elektriny vyrobenej ako súčasť elektrizačnej sústavy. Významné rozdiely v priemyselnej spotrebe sú určené priemyselným rozvojom a klimatickými podmienkami rôznych krajín.
Napájanie pre elektrifikovanú dopravu. Usmerňovacie rozvodne elektrickej dopravy na jednosmerný prúd (mestská, priemyselná, medzimestská) a znižovacie rozvodne medzimestskej elektrickej dopravy na striedavý prúd sú napájané elektrickou energiou z elektrických sietí EPS.
Dodávka elektriny pre komunálnych a domácich spotrebiteľov. Do tejto skupiny budov patrí široká škála budov nachádzajúcich sa v obytných zónach miest a obcí. Ide o obytné budovy, administratívne budovy, vzdelávacie a vedecké inštitúcie, obchody, budovy zdravotníctva, kultúrne budovy, verejné stravovanie a pod.

III. Transformátory

Transformátor - statické elektromagnetické zariadenie s dvoma alebo viacerými indukčne spojenými vinutiami a určené na transformáciu jedného (primárneho) systému striedavého prúdu prostredníctvom elektromagnetickej indukcie na iný (sekundárny) systém striedavého prúdu.

Schéma zariadenia transformátora

1 - primárne vinutie transformátora
2 - magnetický obvod
3 - sekundárne vinutie transformátora
F- smer magnetického toku
U 1- napätie na primárnom vinutí
U 2- napätie na sekundárnom vinutí

Prvé transformátory s otvoreným magnetickým obvodom navrhol v roku 1876 P.N. Yablochkov, ktorý ich používal na napájanie elektrickej „sviečky“. V roku 1885 maďarskí vedci M. Dery, O. Blati, K. Tsipernovsky vyvinuli jednofázové priemyselné transformátory s uzavretým magnetickým obvodom. V rokoch 1889-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky navrhol trojfázový transformátor.

1. Účel

Transformátory sa široko používajú v rôznych oblastiach:
Na prenos a rozvod elektrickej energie
Generátory striedavého prúdu v elektrárňach zvyčajne vyrábajú elektrickú energiu s napätím 6-24 kV a je výhodné prenášať elektrinu na veľké vzdialenosti pri oveľa vyšších napätiach (110, 220, 330, 400, 500 a 750 kV) . Preto sú v každej elektrárni inštalované transformátory na zvýšenie napätia.
Distribúcia elektrickej energie medzi priemyselnými podnikmi, obývanými oblasťami, v mestách a na vidieku, ako aj v rámci priemyselných podnikov, je realizovaná po nadzemných a káblových vedeniach, pri napätiach 220, 110, 35, 20, 10 a 6 kV. V dôsledku toho musia byť transformátory inštalované vo všetkých distribučných uzloch, čím sa zníži napätie na 220, 380 a 660 V.
Zabezpečiť potrebný obvod na zapínanie ventilov v meničových zariadeniach a prispôsobenie napätia na výstupe a vstupe meniča (transformátorov meniča).
Na rôzne technologické účely: zváranie (zváracie transformátory), napájanie elektrotepelných zariadení (transformátory elektrických pecí) atď.
Na napájanie rôznych obvodov rádiových zariadení, elektronických zariadení, komunikačných a automatizačných zariadení, elektrických domácich spotrebičov, na oddelenie elektrických obvodov rôznych prvkov týchto zariadení, na prispôsobenie napätia atď.
Zaradiť elektrické meracie prístroje a niektoré zariadenia (relé a pod.) do elektrických obvodov vysokého napätia alebo do obvodov, ktorými prechádzajú veľké prúdy, aby sa rozšírili meracie limity a zabezpečila sa elektrická bezpečnosť. (prístrojové transformátory)

2. Klasifikácia

Klasifikácia transformátora:

• Podľa účelu: všeobecná energia (používa sa v prenosových a rozvodných vedeniach) a špeciálne aplikácie (pece, usmerňovače, zváranie, rádiové transformátory).
• Podľa typu chladenia: vzduchovým (suché transformátory) a olejovým (olejové transformátory) chladením.
• Podľa počtu fáz na primárnej strane: jednofázové a trojfázové.
• Podľa tvaru magnetického obvodu: tyčový, pancierový, toroidný.
• Podľa počtu vinutí na fázu: dvojvinutie, trojvinutie, viacvinutie (viac ako tri vinutia).
• Podľa konštrukcie vinutia: s koncentrickým a striedavým (kotúčovým) vinutím.

3. Zariadenie

Najjednoduchší transformátor (jednofázový transformátor) je zariadenie pozostávajúce z oceľového jadra a dvoch vinutí.

Princíp jednofázového dvojvinutého transformátora
Magnetické jadro je magnetický systém transformátora, cez ktorý je uzavretý hlavný magnetický tok.
Keď sa do primárneho vinutia privádza striedavé napätie, v sekundárnom vinutí sa indukuje emf rovnakej frekvencie. Ak k sekundárnemu vinutiu pripojíte nejaký elektrický prijímač, vznikne v ňom elektrický prúd a na sekundárnych svorkách transformátora sa vytvorí napätie, ktoré je o niečo menšie ako EMF a závisí do určitej relatívne malej miery od zaťaženia.

Symbol transformátora:
a) - transformátor s oceľovým jadrom, b) - transformátor s feritovým jadrom

4. Charakteristika transformátora

• Menovitý výkon transformátora je výkon, na ktorý je určený.
• Menovité primárne napätie je napätie, na ktoré je navrhnuté primárne vinutie transformátora.
• Menovité sekundárne napätie - napätie na svorkách sekundárneho vinutia, vyplývajúce zo stavu bez zaťaženia transformátora a menovitého napätia na svorkách primárneho vinutia.
• Menovité prúdy sú určené príslušnými hodnotami menovitého výkonu a napätia.
• Najvyššie menovité napätie transformátora je najvyššie z menovitých napätí vinutia transformátora.
• Najnižšie menovité napätie je najmenšie z menovitých napätí vinutia transformátora.
• Priemerné menovité napätie je menovité napätie, ktoré je medzi najvyšším a najnižším menovitým napätím vinutia transformátora.

5. Režimy

5.1 Voľnobeh

Režim bez zaťaženia je prevádzkový režim transformátora, v ktorom je sekundárne vinutie transformátora otvorené a na svorky primárneho vinutia je privedené striedavé napätie.

V primárnom vinutí transformátora pripojeného k zdroju striedavého prúdu preteká prúd, v dôsledku čoho sa v jadre objavuje striedavý magnetický tok. Φ , prenikajúce do oboch vinutí. Pretože Φ je rovnaké v oboch vinutiach transformátora, potom zmena Φ vedie k výskytu rovnakého indukovaného emf v každom otočení primárneho a sekundárneho vinutia. Okamžitá hodnota indukovaného emf e v každom otočení vinutia je rovnaký a je určený vzorcom:

kde je amplitúda EMF v jednom otočení.
Amplitúda indukovaného emf v primárnom a sekundárnom vinutí bude úmerná počtu závitov v zodpovedajúcom vinutí:

Kde N 1 A N 2- počet závitov v nich.
Pokles napätia na primárnom vinutí, podobne ako odpor, je v porovnaní s ε 1 a teda pre efektívne hodnoty napätia v primárnej časti U 1 a sekundárne U 2 vinutia, bude platiť nasledujúci výraz:

K- transformačný koeficient. O K>1 znižovací transformátor a kedy K<1 - повышающий.

5.2 Režim skratu

Režim skratu - režim, keď sú svorky sekundárneho vinutia uzavreté prúdovým vodičom s odporom rovným nule ( Z=0).

Skrat transformátora v prevádzkových podmienkach vytvára núdzový režim, pretože sekundárny prúd, a teda primárny, sa v porovnaní s menovitým zvyšuje niekoľko desiatokkrát. Preto je v obvodoch s transformátormi zabezpečená ochrana, ktorá v prípade skratu automaticky vypne transformátor.

Je potrebné rozlišovať medzi dvoma režimami skratu:

Núdzový režim - keď je sekundárne vinutie uzavreté pri menovitom primárnom napätí. Pri takomto skrate sa prúdy zvýšia o 15¸ 20-krát. Vinutie sa zdeformuje a izolácia sa spáli. Železo tiež horí. Toto je tvrdý režim. Maximálna a plynová ochrana odpojí transformátor od siete v prípade núdzového skratu.

Experimentálny režim skratu je režim, keď je sekundárne vinutie skratované a takto znížené napätie sa dodáva do primárneho vinutia, keď vinutím preteká menovitý prúd - to je U K- skratové napätie.

V laboratórnych podmienkach je možné vykonať skúšobný skrat transformátora. V tomto prípade je napätie vyjadrené v percentách U K, o I 1 = I 1nom označovať u K a nazýva sa skratové napätie transformátora:

Kde U 1nom- menovité primárne napätie.

Toto je charakteristika transformátora uvedeného v pase.

5.3 Režim zaťaženia

Režim zaťaženia transformátora - prevádzkový režim transformátora v prítomnosti prúdov v najmenej dvoch jeho hlavných vinutiach, z ktorých každé je uzavreté na vonkajší obvod a prúdy tečúce v dvoch alebo viacerých vinutiach v režime bez zaťaženia nie sú vziať do úvahy:

Ak je na primárne vinutie transformátora pripojené napätie U 1 a pripojte sekundárne vinutie k záťaži, vo vinutiach sa objavia prúdy ja 1 A ja 2. Tieto prúdy vytvoria magnetické toky Φ 1 A Φ 2, smerujúce k sebe navzájom. Celkový magnetický tok v magnetickom obvode klesá. V dôsledku toho je EMF vyvolaný celkovým prietokom ε 1 A ε 2 klesajú. RMS napätie U 1 zostáva nezmenený. Znížiť ε 1 spôsobuje zvýšenie prúdu ja 1:

So zvyšujúcim sa prúdom ja 1 tok Φ 1 zväčší len toľko, aby kompenzoval demagnetizačný účinok toku Φ 2. Rovnováha sa opäť obnoví pri takmer rovnakej hodnote celkového prietoku.

IV. Prenos elektriny

Prenos elektriny z elektrární k spotrebiteľom je jednou z najdôležitejších úloh v energetickom sektore.
Elektrina sa prenáša predovšetkým cez nadzemné striedavé elektrické vedenie (OLT), hoci existuje trend smerom k rastúcemu používaniu káblových a jednosmerných vedení.

Potreba prenášať elektrickú energiu na diaľku je spôsobená skutočnosťou, že elektrinu vyrábajú veľké elektrárne s výkonnými jednotkami a spotrebúvajú ju relatívne nízkoenergetické elektrické prijímače rozmiestnené na veľkej ploche. Trend koncentrácie výrobných kapacít sa vysvetľuje tým, že s ich rastom klesajú relatívne náklady na výstavbu elektrární a znižujú sa náklady na vyrobenú elektrinu.
Umiestňovanie výkonných elektrární sa vykonáva s prihliadnutím na množstvo faktorov, akými sú dostupnosť energetických zdrojov, ich druh, zásoby a prepravné možnosti, prírodné podmienky, schopnosť fungovať ako súčasť jednotného energetického systému atď. Často sa ukáže, že takéto elektrárne sú výrazne vzdialené od hlavných centier spotreby elektriny. Prevádzka jednotných elektrických energetických systémov pokrývajúcich rozsiahle územia závisí od účinnosti prenosu elektriny na veľké vzdialenosti.
Elektrinu z miest jej výroby je potrebné odovzdať spotrebiteľom s minimálnymi stratami. Hlavným dôvodom týchto strát je premena časti elektriny na vnútornú energiu drôtov, ich ohrev.

Podľa Joule-Lenzovho zákona množstvo tepla Q, uvoľnený za čas t vo vodiči odporom R keď prúd prechádza ja, rovná sa:

Zo vzorca vyplýva, že na zníženie zahrievania drôtov je potrebné znížiť prúd v nich a ich odpor. Na zníženie odporu drôtov zväčšite ich priemer, avšak veľmi hrubé drôty visiace medzi podperami elektrického vedenia sa môžu vplyvom gravitácie zlomiť, najmä počas sneženia. Okrem toho, keď sa hrúbka drôtov zvyšuje, ich cena sa zvyšuje a sú vyrobené z pomerne drahého kovu - medi. Preto efektívnejším spôsobom, ako minimalizovať straty energie pri prenose elektriny, je zníženie prúdu vo vodičoch.
Preto, aby sa znížilo zahrievanie drôtov pri prenose elektriny na veľké vzdialenosti, je potrebné, aby bol prúd v nich čo najmenší.
Aktuálny výkon sa rovná prúdu vynásobenému napätím:

V dôsledku toho, aby sa udržal výkon prenášaný na veľké vzdialenosti, je potrebné zvýšiť napätie o rovnakú hodnotu, ako sa znížil prúd v drôtoch:

Zo vzorca vyplýva, že pri konštantných hodnotách prenášaného prúdu a odporu drôtu sú tepelné straty v drôtoch nepriamo úmerné druhej mocnine sieťového napätia. Preto sa na prenos elektriny na vzdialenosti niekoľko stoviek kilometrov používajú vysokonapäťové elektrické vedenia (elektrické vedenia), ktorých napätie medzi drôtmi je desiatky a niekedy aj stovky tisíc voltov.
Pomocou elektrického vedenia sú susedné elektrárne spojené do jednej siete nazývanej elektrická sieť. Jednotný energetický systém Ruska zahŕňa obrovské množstvo elektrární riadených z jedného centra a zabezpečuje neprerušovanú dodávku elektriny spotrebiteľom.

V. GOELRO

1. História

GOELRO (Štátna komisia pre elektrifikáciu Ruska) je orgán vytvorený 21. februára 1920 na vypracovanie projektu elektrifikácie Ruska po októbrovej revolúcii v roku 1917.

Do práce komisie sa zapojilo viac ako 200 vedcov a technikov. Na čele komisie stál G.M. Kržižanovskij. Ústredný výbor Komunistickej strany a V.I. Lenin osobne denne riadili prácu komisie GOELRO a určovali hlavné základné ustanovenia plánu elektrifikácie krajiny.

Do konca roku 1920 komisia urobila veľa práce a pripravila „Plán elektrifikácie RSFSR“ - objem 650 strán textu s mapami a schémami elektrifikácie oblastí.
Plán GOELRO, navrhnutý na 10-15 rokov, implementoval Leninove myšlienky elektrifikácie celej krajiny a vytvorenia veľkého priemyslu.
V oblasti elektroenergetiky plán pozostával z programu obnovy a rekonštrukcie predvojnovej elektroenergetiky, výstavby 30 regionálnych elektrární a výstavby výkonných regionálnych tepelných elektrární. Elektrárne sa plánovali vybaviť kotlami a turbínami, ktoré boli na tú dobu veľké.
Jednou z hlavných myšlienok plánu bolo široké využitie obrovských vodných zdrojov krajiny. Počítalo sa s radikálnou rekonštrukciou založenou na elektrifikácii všetkých odvetví národného hospodárstva krajiny a hlavne raste ťažkého priemyslu a racionálnom rozložení priemyslu v krajine.
Realizácia plánu GOELRO sa začala v ťažkých podmienkach občianskej vojny a ekonomického krachu.

Od roku 1947 je ZSSR vo výrobe elektriny na 1. mieste v Európe a na 2. mieste na svete.

Plán GOELRO zohral v živote našej krajiny obrovskú úlohu: bez neho by nebolo možné dostať ZSSR v takom krátkom čase medzi priemyselne najvyspelejšie krajiny sveta. Realizácia tohto plánu formovala celú domácu ekonomiku a dodnes ju do veľkej miery určuje.

Vypracovanie a realizácia plánu GOELRO bola možná len vďaka kombinácii mnohých objektívnych a subjektívnych faktorov: značného priemyselného a ekonomického potenciálu predrevolučného Ruska, vysokej úrovne ruskej vedeckej a technickej školy, koncentrácie v jednom ruku všetkej ekonomickej a politickej moci, jej silu a vôľu, ako aj tradičnú koncilno-komunálnu mentalitu ľudu a jeho poslušný a dôverčivý postoj k najvyšším vládcom.
Plán GOELRO a jeho realizácia preukázali vysokú efektívnosť systému štátneho plánovania v podmienkach prísne centralizovanej vlády a predurčili rozvoj tohto systému na dlhé desaťročia.

2. Výsledky

Do konca roku 1935 bol program elektrotechnickej výstavby niekoľkonásobne prekročený.

Namiesto 30 bolo vybudovaných 40 regionálnych elektrární, na ktorých bolo spolu s ďalšími veľkými priemyselnými stanicami spustených 6 914 tis. kW výkonu (z toho 4 540 tis. kW regionálnych - takmer trikrát viac ako podľa plánu GOELRO).
V roku 1935 bolo medzi regionálnymi elektrárňami 13 elektrární po 100 tisíc kW.

Pred revolúciou bol výkon najväčšej elektrárne v Rusku (1. Moskva) len 75-tisíc kW; nebola tam ani jedna veľká vodná elektráreň. Začiatkom roku 1935 dosiahol celkový inštalovaný výkon vodných elektrární takmer 700 tisíc kW.
Bola vybudovaná najväčšia vodná elektráreň na svete v tom čase, vodná elektráreň Dneper, Svirskaja 3, Volchovskaja atď.. V najvyššom bode svojho rozvoja bol Jednotný energetický systém ZSSR v mnohých ohľadoch nadradený energetických systémov vyspelých krajín Európy a Ameriky.

Elektrina bola pred revolúciou na dedinách prakticky neznáma. Veľkí vlastníci pôdy inštalovali malé elektrárne, ale ich počet bol malý.

Elektrina sa začala používať v poľnohospodárstve: v mlynoch, rezačkách krmiva, strojoch na čistenie obilia, na pílach; v priemysle a neskôr v každodennom živote.

Zoznam použitej literatúry

Venikov V.A., Prenos energie na veľké vzdialenosti, M.-L., 1960;
Sovalov S. A., Režimy prenosu energie 400-500 m2. EES, M., 1967;
Bessonov, L.A. Teoretické základy elektrotechniky. Elektrické obvody: učebnica / L.A. Bessonov. — 10. vyd. - M.: Gardariki, 2002.
Elektrotechnika: Vzdelávací a metodický komplex. /A. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodyanko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Yakovlev; Editoval N.V. Klinachev. - Čeľabinsk, 2006-2008.
Elektrické systémy, zväzok 3 - Prenos energie striedavým a jednosmerným prúdom vysokého napätia, M., 1972.

Ľutujeme, nič sa nenašlo.

Úroveň výroby a spotreby energie je v našej dobe jedným z najdôležitejších ukazovateľov rozvoja výrobných síl spoločnosti. Vedúcu úlohu tu zohráva elektrina - najuniverzálnejšia a najpohodlnejšia forma energie. Ak sa spotreba energie vo svete zdvojnásobí za približne 25 rokov, potom za 10 rokov dôjde v priemere k 2-násobnému zvýšeniu spotreby elektriny. To znamená, že stále viac energeticky náročných procesov sa premieňa na elektrickú energiu.

Vytváranie energie. Elektrická energia sa vo veľkých a malých elektrárňach vyrába najmä pomocou elektromechanických indukčných generátorov. Existujú dva hlavné typy elektrární: tepelné a vodné. Tieto elektrárne sa líšia v motoroch, ktoré otáčajú rotory generátora.

V tepelných elektrárňach je zdrojom energie palivo: uhlie, plyn, ropa, vykurovací olej, ropná bridlica. Rotory elektrických generátorov sú poháňané parnými a plynovými turbínami alebo spaľovacími motormi. Najekonomickejšie sú veľké elektrárne s tepelnou parnou turbínou (skrátene TPP). Väčšina tepelných elektrární u nás využíva ako palivo uhoľný prach. Na výrobu 1 kW. hodín elektriny sa spotrebuje niekoľko stoviek gramov uhlia. V parnom kotli sa viac ako 90 % energie uvoľnenej palivom prenáša na paru. V turbíne sa kinetická energia prúdov pary prenáša na rotor. Hriadeľ turbíny je pevne spojený s hriadeľom generátora. Parné turbogenerátory sú veľmi rýchle: rýchlosť rotora je niekoľko tisíc za minútu.

Z fyzikálneho kurzu 10. ročníka je známe, že účinnosť tepelných motorov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou ohrievača a tým aj počiatočnou teplotou pracovnej tekutiny (para, plyn). Para vstupujúca do turbíny je preto privedená na vysoké parametre: teplota - takmer 550 ° C a tlak - až 25 MPa. Účinnosť tepelných elektrární dosahuje 40 %. Väčšina energie sa stráca spolu s horúcou výfukovou parou.

Tepelné elektrárne - takzvané kombinované teplárne (KVET) - umožňujú využiť významnú časť energie z odpadovej pary v priemyselných podnikoch a pre potreby domácností (na vykurovanie a zásobovanie teplou vodou). Výsledkom je, že účinnosť tepelnej elektrárne dosahuje 60-70%. V súčasnosti v Rusku zabezpečujú tepelné elektrárne asi 40 % všetkej elektriny a zásobujú elektrinou a teplom stovky miest.

Vodné elektrárne (HPP) využívajú potenciálnu energiu vody na otáčanie rotorov generátorov. Rotory elektrických generátorov sú poháňané hydraulickými turbínami. Výkon takejto stanice závisí od rozdielu hladín vytvorených priehradou (tlak) a od množstva vody, ktorá každú sekundu prejde turbínou (prietok vody).

Jadrové elektrárne (JE) zohrávajú významnú úlohu v energetickom sektore. V súčasnosti jadrové elektrárne v Rusku poskytujú približne 10 % elektriny.

Hlavné typy elektrární

Tepelné elektrárne sa stavajú rýchlo a lacno, no do životného prostredia sa dostáva veľa škodlivých emisií a prírodné zásoby energetických zdrojov sú obmedzené.

Vodné elektrárne sa stavajú dlhšie a sú drahšie; náklady na elektrinu sú minimálne, ale úrodné pôdy sú zaplavené a výstavba je možná len na určitých miestach.

Jadrové elektrárne sa stavajú dlho a sú drahé, ale elektrina je lacnejšia ako tepelné elektrárne, škodlivý vplyv na životné prostredie nie je významný (pri správnej prevádzke), ale vyžaduje si likvidáciu rádioaktívneho odpadu.

Spotreba elektriny

Hlavným spotrebiteľom elektriny je priemysel, ktorý tvorí asi 70 % vyrobenej elektriny. Veľkým spotrebiteľom je aj doprava. Čoraz viac železničných tratí sa prestavuje na elektrickú trakciu. Takmer všetky dediny a dediny dostávajú elektrinu z elektrární pre priemyselné a domáce potreby. Každý vie o využití elektriny na osvetlenie domácností a domácich elektrických spotrebičov.

Väčšina spotrebovanej elektriny sa teraz premieňa na mechanickú energiu. Takmer všetky stroje v priemysle sú poháňané elektromotormi. Sú pohodlné, kompaktné a umožňujú automatizáciu výroby.

Asi tretina elektrickej energie spotrebovanej v priemysle sa využíva na technologické účely (elektrické zváranie, elektrický ohrev a tavenie kovov, elektrolýza atď.).

Moderná civilizácia je nemysliteľná bez rozšíreného používania elektriny. Prerušenie dodávky elektriny do veľkého mesta a aj malých dedín v prípade havárie paralyzuje ich život.

Prenos elektriny

Spotrebitelia elektriny sú všade. Vyrába sa na relatívne malom počte miest v blízkosti zdrojov palív a vodných zdrojov. Elektrina sa nedá šetriť vo veľkom. Musí sa spotrebovať ihneď po prijatí. Preto je potrebné prenášať elektrickú energiu na veľké vzdialenosti.

Prenos elektriny je spojený s citeľnými stratami, keďže elektrický prúd ohrieva vodiče elektrického vedenia. V súlade s Joule-Lenzovým zákonom je energia vynaložená na zahrievanie vodičov vedenia určená vzorcom Q = I2Rt, kde R je odpor vedenia.

Ak je dĺžka vedenia veľmi dlhá, prenos energie sa môže stať ekonomicky nerentabilným. Výrazne znížiť odpor vedenia R je prakticky veľmi ťažké. Musíte znížiť prúd.

Preto sa vo veľkých elektrárňach inštalujú stupňovité transformátory. Transformátor zvyšuje napätie vo vedení toľkokrát, koľkokrát znižuje prúd.

Čím dlhšia je prenosová linka, tým výhodnejšie je použiť vyššie napätie. Vo vysokonapäťovom prenosovom vedení Volzhskaya HPP - Moskva a niektorých ďalších sa teda používa napätie 500 kV. Medzitým sú generátory striedavého prúdu nastavené na napätie nepresahujúce 16-20 kV. Vyššie napätie by si vyžadovalo zložité špeciálne opatrenia na izoláciu vinutí a iných častí generátorov.

Na priame využitie elektrickej energie v elektrických hnacích motoroch obrábacích strojov, v osvetľovacej sieti a na iné účely je potrebné znížiť napätie na koncoch vedenia. To je dosiahnuté pomocou transformátorov na zníženie. Všeobecná schéma prenosu energie a jej distribúcie je znázornená na obrázku.

Zvyčajne sa zníženie napätia, a teda zvýšenie prúdu, uskutočňuje v niekoľkých fázach. V každej fáze je napätie stále menšie a územie pokryté elektrickou sieťou sa rozširuje.

Ak je napätie veľmi vysoké, medzi drôtmi môže začať výboj, čo vedie k strate energie. Prípustná amplitúda striedavého napätia musí byť taká, aby pre danú plochu prierezu drôtu boli straty energie v dôsledku výboja zanedbateľné.

Elektrické elektrárne v mnohých regiónoch krajiny sú prepojené vysokonapäťovými elektrickými vedeniami, ktoré tvoria spoločnú elektrickú sieť, ku ktorej sú pripojení spotrebitelia. Táto kombinácia, nazývaná elektrická sieť, umožňuje vyrovnať špičku spotreby energie v ranných a večerných hodinách. Napájací systém zaisťuje neprerušovanú dodávku energie spotrebiteľom bez ohľadu na ich umiestnenie. Teraz je takmer celé územie našej krajiny zásobované elektrickou energiou integrovanými energetickými systémami. Jednotný energetický systém európskej časti krajiny je v prevádzke.