Направление действия источника. Источники электрической энергии, называемые также генераторами, характеризуется определенным направлением действия, то есть направлением, в котором каждый источник стремится послать электрический ток в присоединенную к нему цепь. Это направление на электрических схемах указывают стрелкой (рис. 1.1).
Внешняя характеристика источника. Как и в случае приемника, основной электрической характеристикой источника является его вольтамперная характеристика, то есть связь между током I источника и его напряжением U.
В отличие от характеристик приемника, вольтамперные характеристики источников, называемые на практике внешними характеристиками, не проходят через начало координат, а пересекают оси напряжения и тока в двух точках (рис. 1.4), отвечающих двум особым режимам работы источника— режиму холостого хода (точка XX пересечения характеристики с осью напряжения) и режиму короткого замыкания (точка КЗ пересечения характеристики с осью тока). Все остальные режимы источника называются режимами нагрузки.
Подчеркнем, что для режима XX характерным является отсутствие тока в источнике, а для режима КЗ — равенство нулю напряжения источника.
Рис. 1.4. Внешние характеристики источников
Все величины, относящиеся к режиму XX источника, принято отмечать индексом «О» (нуль), а величины, отвечающие режиму КЗ, — индексом «к». Напряжение U0 на источнике в режиме XX, называемое напряжением XX, и
ток IК в режиме КЗ, именуемый током КЗ, являются параметрами источника. В частном случае линейного источника, отличающегося прямолинейной внешней характеристикой (характеристика 1 на рис. 1.4), эти параметры вполне определяют положение внешней характеристики. В случае нелинейных источников, внешние характеристики которых изображаются кривыми линиями (характеристики 2, 3, 4), напряжение U„ и ток Iк не дают представления о внешней характеристике источника в целом.
Уравнения источника. Останавливаясь в начале курса только на линейных источниках, нетрудно записать их внешние характеристики аналитически, в двух видах:
или
в зависимости от того, какую из двух величин — ток или напряжение мы условно принимаем за аргумент. Соответственно этим двум уравнениям, называемым уравнениями источника, в теоретической электротехнике существуют два различных подхода к анализу работы источника в электрической цепи и два условных представления об источнике электрической энергии, как об источнике напряжения или об источнике тока.
Источник напряжения. Представление об источнике напряжения связано с уравнением (1.6), которое обычно записывают, заменяя напряжение Uп XX равной ему величиной Е, называемой электродвижущей силой (ЭДС) источника,
Лекция по электротехнике 1.4 — Источники электрической энергии
Рис. 1.5. Внешняя характеристика источника напряжения
При этом вводят понятие о направлении ЭДС, принимая его совпадающим с направлением действия источника.
В приведенном уравнении, получившем название уравнения источника напряжения, коэффициент Rn, определяемый крутизной наклона характеристики источника к оси тока (Ru =k tga, рис. 1.5) и имеющий размерность сопротивления, называется внутренним сопротивлением источника.
Источник с внутренним сопротивлением йн = 0, получил название идеального источника напряжения, или источника ЭДС. Очевидно, что напряжение идеального источника напряжения не зависит от тока нагрузки источника и всегда остается постоянным, равным его ЭДС. Следует иметь в виду, что условие Ru = 0 практически недостижимо и поэтому для реальных линейных источников характерно снижение напряжения по сравнению с ЭДС по мере увеличения нагрузки.
Из уравнения (1.9) вытекает, в частности, уже упомянутое положение, что в режиме XX (7 = 0) напряжение на источнике равно его ЭДС:
В режиме КЗ (U = 0 ) уравнение источника напряжения принимает вид откуда следует, что ток КЗ
т.е. равен отношению ЭДС к внутреннему сопротивлению. Уравнению источника напряжения соответствует эквивалентная схема источника напряжения (рис. 1.6), в которой внутреннее сопротивление приписывают отдельному элементу Ru (резистору), а ЭДС — идеальному источнику Е (без внутреннего сопротивления).
Рис. 1.6. Источник ЭДС
Источник тока. Представление об источнике тока связывают с уравнением (1.8), которое чаще записывают, заменяя ток Iк КЗ равной ему величиной J , называемой исходным током источника,
Направление исходного тока, так же как и направление ЭДС, принимают совпадающим с направлением действия источника.
В приведенном уравнении, получившем название —уравнение источника тока, коэффициент Gu, имеющий размерность проводимости, называется внутренней проводимостью источника.
Применяя уравнение источника тока к режиму XX (1 = 0 ), получим
откуда напряжение XX можно представить в виде
т.е. как отношение исходного тока к внутренней проводимости.
Для режима КЗ (U = 0) будем иметь
Следовательно, как было указано, ток КЗ равен исходному току источника.
Рис. 1.7. Источник тока
Источник тока можно представить в виде эквивалентной схемы, показанной на рис. 1.7, в которой внутренняя проводимость приписана отдельному элементу (резистору) Gn. При этом источник J, внутренняя проводимость которого теперь предполагается равной нулю, называют идеальным источником тока. Характерным свойством такого идеального источника является полная независимость его тока, равного исходному току, от режима работы источника. Иначе говоря, внешняя характеристика идеального источника тока изображается прямой, параллельной оси напряжения.
Преобразование источников. Рассмотренные две эквивалентные схемы источников (рис. 1.7, 1.8) являются условными схемами, удовлетворяющими лишь внешней характеристике источника, и в большинстве случаев не раскрывающими сложные внутренние физические процессы преобразования энергии внутри источника. Сопоставляя выражения (1.10) и (1.13) для напряжения XX, а также выражения (1.11) и (1.14) для тока КЗ приходим к важным связям
откуда вытекают простые соотношения
Последние четыре формулы позволяют перейти от параметров Е и RH, которыми описывается источник напряжения, к параметрам J и Gn источника, тока, или наоборот.
Мощность источника. Для оценки интенсивности преобразования в источнике того или иного вида энергии в электрическую энергию используют понятие о его мощности. Как и в случае приемника следовало бы говорить о двух мощностях источника: неэлектрической мощности, характеризующей интенсивность подвода к источнику преобразуемой неэлектрической энергии, и электрической мощности, оценивающей процесс получения от источника электрической энергии и ее поступления в электрическую цепь. Отношение этих величин, являющееся коэффициентом полезного действия источника, определяет эффективность осуществляемого в нем преобразования энергии. Однако эти понятия, играющие исключительно важную роль в практической электротехнике, не представляют интереса в теории электрических цепей, и поэтому здесь обратим внимание лишь на электрическую мощность источника, равную произведению его напряжения на ток,
Характерно, что электрическая мощность источника, которую в дальнейшем будем называть просто мощностью источника, обращается в нуль как в режиме холостого хода, когда ток источника равен нулю, так и в режиме короткого замыкания, когда его напряжение падает до нуля.
Источники энергии
Источники электрической энергии — это гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы и другие устройства, в которых происходит процесс преобразования химической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую.
Источники энергии разделяют на источники тока и источники ЭДС (электродвижущей силы). Под ЭДС понимают работу сторонних сил, присущих источнику, потраченных на перемещение единичного заряда внутри источника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом.
Все источники энергии называют активными элементами.
Источники электрической энергии в быту — это обыкновенные розетки, куда мы подключаем чайники, кипятильники, стиральные машинки.
Источники электрической энергии делятся:
- Первичные источники электрической энергии – это источники, которые один тип энергии (механическая, тепловая, химическая) преобразуют в электрическую энергию.
- Вторичные источники электрической энергии – это источники, которые преобразуют электрическую энергию от первичных источников в электрическую энергию удобную применения приемником энергии.
Характеристики источников питания
К основным характеристикам источников питания относят:
- Электродвижущую силу. Единица измерения – вольты.
- Внутреннее сопротивление источника ЭДС, Единица измерения – омы.
- Максимально-возможную отдаваемую мощность в цепь, Единицы измерения – ватты.
- Внешняя характеристика источника – это связь между током и напряжением.
Источники электрической и тепловой энергии
Энергия является мерой способности объекта совершить работу. Известно много видов энергии, например тепловая, механическая, электрическая, излучения, химическая, ядер- ная, массы.
Одним из критериев оценки качества энергии принимается доля энергии источника, которая может быть превращена в механическую работу. Широко распространенные и перспективные источники энергии имеют следующие ориентировочные значения этого критерия:
- — теплота сжигаемого топлива — 30-45%;
- — электроэнергия — 95% и более;
- — источники механической энергии: ветровая — 30%, водных потоков рек — 60%, волновая или приливная — 65%;
- — тепловые возобновляемые источники — 35%;
- — фотоэлектрические преобразователи — 15%.
Из вышеизложенного следует, что наиболее эффективным является электрическая энергия.
Источники энергии делятся на невозобновляемые (истощаемые) и возобновляемые (неистощаемые).
Невозобновляемые источники энергии — это природные запасы вещества и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. В первую очередь к ним следует отнести ископаемые топлива и продукты их переработки: каменный и бурый уголь, сланцы, торф, нефть, природный и попутный газ. Это также отходы некоторых производств: металлургической промышленности, процессов химической и термохимической переработки углеродистого и углеводородного сырья и т.д.
Возобновляемые источники энергии — это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии: солнца, ветра, тепловой энергии Земли, морей и океанов, рек, биомассы (растений и животных).
Электроэнергия для промышленности, сельского хозяйства и бытовых нужд вырабатывается на электростанциях различного типа, использующих энергию сжигания органического топлива (мазут, уголь, газ и т.д.), энергию расщепления атома, напора воды, энергию тепла земли, ветра и солнечную энергию.
Основу электроэнергетики России составляют тепловые (ТЭС), гидравлические (ГЭС) и атомные (АЭС) электростанции. Все большее значение приобретают геотермальные (ГеоТЭС), солнечные (СЭС) и ветровые (ВЭС) электростанции. Ведутся работы над созданием термоядерных станций для производства электроэнергии.
Тепловые электрические станции можно разделить на следующие основные группы: конденсационные электростанции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), работающие на органическом топливе, конденсационные атомные (АЭС), и атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), использующие ядерное топливо, а также газотурбинные электростанции (ГТЭС).
В конденсационных электростанциях тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании органического топлива (природный газ, мазут, уголь, горючие сланцы, торф), превращается сначала в механическую энергию с помощью турбины, а затем в электрическую с помощью электрического генератора.
Особенность таких станций заключается в том, что отработавший в их турбинах пар не идет на нужды потребителей тепла вне станции, а превращается в конденсаторах в воду, направляемую обратно в паровой котел для повторного использования.
КЭС — называли ранее «Государственными районными электростанциями» (ГРЭС).
Принцип работы КЭС состоит в следующем: топливо и подогретый воздух непрерывно поступают в топку котла. За счет тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в котле превращается в пар с температурой 540-550°С, который со скоростью выше звуковой поступает на рабочие лопатки турбины, укрепленные на дисках, жестко связанных с валом. Вал, диски и рабочие лопатки вращаются совместно с частотой, равной 3000 об/мин. При этом трехфазный синхронный генератор, вал которого соединен с валом турбины, вырабатывает электрическую энергию.
После выхода из турбины водяной пар, имеющий низкое давление и температуру около 35°С, поступает в конденсатор. Здесь пар с помощью охлаждающей воды, подаваемой насосами из водоема охладителя и прокачиваемой по расположенным внутри конденсатора трубкам, превращается в воду, которая с помощью специального насоса подается в паровой котел, и цикл использования воды повторяется. КЭС обычно строят вблизи крупных водоемов.
КЭС в России оборудуют энергоблоками мощностью от 150 до 800 МВт. Один из наиболее мощных в мире турбоагрегатов 1200 МВт установлен на Костромской электростанции.
КПД КЭС достигает в настоящее время 40%. Это значит, что только 40% тепла, полученного при сжигании топлива, превращаются в электроэнергию, а остальные 60% теряются.
Теплоэлектроцентрали ТЭЦ на органическом топливе отличаются от КЭС наличием промежуточного отбора пара из турбины, который направляется потребителям в технологические процессы или идет на нужды теплоснабжения. Таким образом, осуществляется комбинированное производство и отпуск двух видов энергии — электрической и тепловой. Полный КПД теплоэлектроцентралей, на которых в основном устанавливают агрегаты мощностью от 100 до 250 МВт, составляет 60-75% в зависимости от типа турбин.
Мощность работающих в нашей стране ТЭЦ составляет около трети от мощности всех тепловых станций.
На атомных электростанциях применяют в основном водо-водяные и уран-графитовые ядерные реакторы.
Активная зона первого из названных реакторов представляет собой емкость, в которой находится вода и погруженные в нее сборки (блоки) тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов). Эти элементы состоят из сердечника (ядерное топливо в виде чистого металлического урана или плутония, сплавов этих металлов с алюминием и др.) и оболочки, обладающей большой механической прочностью, высокой коррозионной и термической стойкостью, устойчивостью в интенсивном нейтронном потоке (сплавы алюминия и циркония и др.).
Вода первого водяного контура, непрерывно поступающая в реактор, протекает через его активную зону, и, забирая тепло от ТВЭЛов, выходит в парогенератор, где передает полученное тепло воде второго контура, не протекающей через активную зону и не представляющей поэтому опасности с точки зрения радиоактивного излучения. Вода второго водяного контура в результате передачи ей тепла от воды первого контура превращается в пар, так как давление воды первого контура, а следовательно, и температура парообразования выше, чем давление и температура парообразования второго контура.
Пар, образовавшийся в парогенераторе, поступает в турбину, а затем в конденсатор, где конденсируется, возвращается в парогенератор, и цикл повторяется.
Активную зону водо-водяного реактора размещают в прочном корпусе из высококачественного металла с биологической защитой, выполненной в виде слоя бетона толщиной до нескольких метров.
Ведутся работы по увеличению мощности ядерных реакторов, дальнейшему освоению реакторов на быстрых нейтронах.
АЭС вырабатывают сегодня в России 16% от всего производства электроэнергии.
Разновидностью ТЭС являются электростанции, использующие газовые турбины мощностью до 100-150 МВт. Они носят название газотурбинных электростанций (ГТЭС). В качестве рабочего тела (вместо пара) в них служит смесь продуктов сгорания топлива (природный или искусственный газ, получаемый сжиганием твердого топлива любого вида по особой технологии) с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. На ГТЭС теплота газов преобразуется в энергию вращения ротора газовой турбины, соединенной с трехфазным синхронным генератором, которая по конструкции и принципу преобразования энергии не отличается от паровой.
КПД работы турбин ГТЭС при высоких температурах рабочего газа составляет около 30%. Они более компактны, чем паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания аналогичной мощности. ГТЭС применяются в основном в качестве собственных автономных электростанций крупных нефтехимических, газовых и химических предприятий.
В настоящее время на ТЭС и ТЭЦ наряду с паротурбинными установками (ПТУ) получают распространение парогазовые установки (ПГУ), работающие по комбинированной схеме.
В первой ступени ПГУ с газовой турбиной в качестве первичного источника энергии и рабочего тела используется природный газ, а вторичным рабочим телом являются продукты сгорания. Во второй ступени источником энергии служат выхлопные газы турбины, а рабочим телом пар, генерируемый в парогенераторе с их помощью. За счет реализации такой схемы на ТЭЦ увеличивается средняя температура подвода и уменьшается средняя температура отвода теплоты, что приводит к росту производимой полезной работы и КПД до 52%.
На долю тепловых электрических станций (КЭС и ТЭЦ) приходится 68-70% всей вырабатываемой в России электрической энергии.
На гидравлических электростанциях (ГЭС) электрическая энергия получается в результате преобразования потенциальной энергии водного потока.
ГЭС имеет плотину, перегораживающую в выбранном месте русло реки. В результате образуется разность уровней воды в верховой и низовой (по течению) сторонах плотины. Часть реки выше плотины (водохранилище) носит название верхнего бьефа, а часть реки ниже плотины — нижнего бьефа. Разность уровней верхнего и нижнего бьефов создает необходимый напор. Вода, перетекая с верхнего уровня на нижний по турбинным трубопроводам или по каналам в теле плотины, отдает механическую энергию лопастям гидротурбины, приводя во вращение ее ротор и ротор соединенного с ним синхронного трехфазного генератора. Последний вырабатывает электрическую энергию.
К достоинствам ГЭС относятся высокий КПД, достигающий 85-90%.
В настоящее время в России используется всего около 20% гидроэнергетического потенциала, причем в Европе примерно — 50%. Выработка электроэнергии ГЭС в последнее время сохраняется на уровне 14-15% от общей выработки электроэнергии России.
К наиболее мощным гидроэлектростанциям мира в России относятся: Саяно-Шушенская (р.Енисей) 6400 МВт; Красноярская (р.Енисей) 6000 МВт; Братская (р. Ангара) 4500 МВт.
В последние годы проявляется значительный интерес к использованию энергетического потенциала малых рек и строительству на них ГЭС малой мощности от нескольких десятков кВт до 5-10 МВт. Однако этот энергетический потенциал используется только на 5-7%.
Геотермальная тепловая электростанция (ГеоТЭС) отличается от обычной ТЭС отсутствием в ней котельного оборудования. Работа ГеоТЭС основана на непосредственном использовании термальных вод, представляющих собой в ряде случаев пароводяную смесь. При этом конденсационная турбина работает на отсепарированном паре, для чего в схеме имеется сепаратор, разделяющий смесь, поступающую из скважины, на пар и воду.
В нашей стране успешно работает опытно-промышленная Паужетская (Камчатка) ГеоТЭС, оснащенная двумя турбинами по 2,5 МВт каждая. В 2003 г. запущена геотермальная электростанция в районе вулкана «Горелый» (мощность 50 МВт, температура пароводяной смеси 320°С, сброс отработанной воды и пара — в землю). ГеоТЭС будут применяться на месторождениях термальных вод на Камчатке, Курильских островах, Северном Кавказе, в Западной Сибири.
Использование энергии ветра для получения электроэнергии широко используется за рубежом.
Сегодня разрабатываются два основных направления: сооружение относительно небольших автономных ветровых электростанций (ВЭС), предназначенных для питания отдельных потребителей, и мощных ВЭС, работающих на электроэнергетические системы.
Принцип использования ветровой энергии прост, при этом ветровой поток, воспринимаемый лопастями ветрового колеса, определяется лишь его диаметром и не зависит от числа лопастей.
В конце прошлого века в США, Канаде, ФРГ, Дании и других государствах были сданы в эксплуатацию несколько опытных ВЭС мощностью от 2 до 4 МВт.
Сегодня в России в эксплуатации находятся более 10 тыс. ветровых установок в основном малой мощности (1-10 кВт). Кроме того, совместно с Данией в Калининградской области сооружается в море 20 ветроустановок по 225 кВт каждая.
Под Элистой ведется строительство ветровых электростанций — намечено сооружение 22 агрегатов мощностью по 1 МВт (высота мачты каждого 48 м, диаметр рабочего колеса 53 м). КПД ВЭС может доходить до 40% и более при сроке службы до 25 лет.
Широкое применение ВЭС повысит надежность электроснабжения и позволит уменьшить расход органического топлива. При этом сократится загрязнение окружающей среды за счет сокращения количества топлива, сжигаемого на ТЭС.
Работающие и строящиеся солнечные электростанции (СЭС) имеют центральный приемник (солнечная башня). Вокруг солнечной башни, на которой устанавливается парогенератор (солнечный котел), расположены зеркала (гелиоконцентраторы), вращающиеся вслед за солнцем и отражающие солнечные лучи на вершину башни. Поворот гелиоконцентраторов по азимуту и по высоте за солнцем осуществляется электроприводом с микропроцессорным управлением. Солнечные лучи нагревают поверхность парогенератора, а генерируемый пар используется для выработки электроэнергии в турбоагрегате, установленном у подножия башни.
Солнечный парогенератор СЭС (мощность 5 МВт), построенной в Крыму, расположен на башне высотой 70 м и обогревается отраженными солнечными лучами с помощью 1600 плоских зеркальных гелиоконцентраторов (площадь каждого из них 25 м). Он снабжен системой аккумулирования тепловой энергии, заполняемой водой, нагретой до кипения частью генерируемого пара. При прекращении выработки пара во время пасмурной погоды и ночью эта система вступает в работу. КПД Крымской СЭС составляет 32%. Солнечные электростанции размещаются в районах, где интенсивность солнечной радиации достаточно высока и стабильна.
Основной недостаток солнечных электростанций (перебои в работе в ночное время и при непогоде) можно компенсировать, используя системы с резервным источником электроэнергии (например, сочетание СЭС с ГТЭС). Широкое применение СЭС сдерживается пока еще высокой стоимостью строительства, низкими экономическими показателями и зависимостью работы от климатических условий и времени суток.
На долю электростанций вырабатывающих электроэнергию, с использованием возобновляемых источников энергии, приходятся только 0,1-0,5% от вырабатываемой электрической энергии в стране.
Источники электрической энергии
Электрическая энергия производится из многих различных источников электрической энергии. Некоторые из этих источников возобновляемые, а другие невозобновляемые.
Большая часть электричества, используемого в мире производится от электростанций, которые сжигают ископаемое топливо для создания пара. Основным видом топлива для электростанций является уголь, потому что он позволяет большое количество электроэнергии производить в одном месте.
С помощью угля в настоящее время вырабатывается свыше 50 процентов электричества. Оно вырабатывается через угольные электростанции. Уголь является невозобновляемым источником, что означает, что он будет в конечном итоге сгорать. Важно сохранить ресурсы угля и искать более экологически чистые способы производства электроэнергии.
Кратко о сути возобновляемых источников электроэнергии
Есть другие способы генерации электричества с использованием природных ресурсов, которые могут быть заменены или возобновлены без ущерба окружающей среды или способствовать парниковому эффекту.
В настоящее время 70 процентов электричества создается на основе сжигания ископаемых видов топлива: 50 процентов от угля и 20 процентов из природного газа.
Возобновляемые источники энергии используются для создания 30 процентов электричества.
Из этих источников возобновляемой энергии гидроэнергетика является крупным донором, обеспечивая около 10 процентов общего объема электроэнергии.
15% обеспечивают атомные электростанции.
При этом доля атомных электростанций в мире различна от 77 % во Франции до 2,5 % в Китае.
В России доля атомной энергетики порядка 18%.
5 % приходит на смесь источников, включая ветер, биоэнергию и солнечные батареи на крыше.
Конечно большинство людей хотели бы видеть экологическое сочетание превращающееся в электрические ресурсы, но в настоящее время источники ископаемого топлива являются основой электроэнергии в мире. Сочетание и доля источников электрической силы с течением времени видоизменяются и появляются необычные источники энергии.
Гидро
Электричество из воды накапливается в огромных плотинах. Сила, созданная водой из этих плотин превращается в электричество гидро электрическими турбинами и генераторами. Самые известные источники гидроэлектрической энергии находятся на крупных реках. Это дешевле, чем добыча ископаемого топлива и не способствует парниковому эффекту.
Солнце
При генерации электроэнергии с помощью солнца предотвращает выброс в атмосферу парниковых газов.
Ветер
Перемещение воздуха, который создается, когда солнце нагревает и охлаждение воздуха движет его. Это вызывает ветер. Через века люди научились использовать силу ветра. Как солнце она может также использоваться для создания электроэнергии. Ветер генерирует менее 1% электроэнергии в мире, но больше ветровых электростанций строятся каждый год.
Биомасса
Энергия, которая поступает из свалки – или мусорные свалки. Она включает в себя образование горючего газа и тепла от материи животных и растений. Свалочный газ создается, когда выбрасываются отходы и начинается загнивание (или разложение) в земле. Этот газ, как правило, просто будет просачиваться через землю в атмосферу, способствуя экологическим проблемам, как парниковый эффект. Однако может быть захвачен и обрабатываться для создания электроэнергии. Газ собирается, сушится (чтобы избавиться от воды) а затем фильтруется (чтобы избавиться от любых отходов и частиц). Затем подается через трубы к газовому генератору, который сжигает газ для создания электроэнергии.
Геотермальная энергия
Ресурсы от тепла земли. Она была использована тысяч лет в некоторых странах для горячей воды, отопления и приготовления пищи. Она также может генерировать электричество с помощью пара производимого из тепла, найденного под поверхностью земли. Это не распространено во многих странах, но хотя экспериментально геотермальная электроэнергия изучается в малонаселенных районах и используется в некоторых частях Новой Зеландии, Европе, Камчатке (Россия), а Исландия получает более 50 % своих энергетических ресурсов из геотемальных видов.
Источники электрической энергии в настоящее время являются неотъемлемой частью нашей жизни. Многие вещи работают только с помощью электричества и значение которой мы резко не изменим. Эти изменения не будут восприниматься как положительные большинством людей. Для поддержки технологии, лежащей в производстве электричества с использованием возобновляемых и невозобновляемых ресурсов работают ученые из многих областей исследования, в том числе химии, геологии, физики и биологии.
Аргументы в пользу более возобновляемых источников электрической энергии включают в себя:
- Необходимость сохранения энергетических ресурсов для будущего
- Угроза повышения парникового газа индуцированного изменением климата.
Противоположные аргументы для использования невозобновляемых ресурсов включают:
- Для использования этих ресурсов уже существует хорошо развитая технология
- Неспособность альтернатив для обеспечения базовой нагрузки мощности для бытового и промышленного использования
- Стоимость является относительно низкой для выработки электричества с невозобновляемых ресурсов.
Условные обозначения источников электрической энергии
В электротехнике существуют условные обозначения для различных типов источников электрической энергии. Эти обозначения помогают идентифицировать и классифицировать источники энергии в схемах и диаграммах.
Генератор постоянного тока (ГПТ)
Генератор постоянного тока – это устройство, которое преобразует механическую энергию в постоянную электрическую энергию. Он обычно обозначается символом “ГПТ” или “GPT”.
Генератор переменного тока (ГВТ)
Генератор переменного тока – это устройство, которое преобразует механическую энергию в переменную электрическую энергию. Он обычно обозначается символом “ГВТ” или “GVT”.
Аккумулятор
Аккумулятор – это устройство, которое хранит электрическую энергию в химической форме и может выдавать ее по мере необходимости. Он обычно обозначается символом “АКК” или “ACC”.
Солнечная батарея
Солнечная батарея – это устройство, которое преобразует солнечную энергию в электрическую энергию. Она обычно обозначается символом “СБ” или “SB”.
Трансформатор
Трансформатор – это устройство, которое изменяет напряжение электрической энергии. Он обычно обозначается символом “ТР” или “TR”.
Это лишь некоторые примеры условных обозначений источников электрической энергии. Все они используются для обозначения различных типов источников энергии в электротехнических схемах и диаграммах.
Условные обозначения потребителей электрической энергии
Лампа
Лампа – это устройство, которое преобразует электрическую энергию в световую энергию. Она обычно обозначается символом “Л” или “L”.
Электродвигатель
Электродвигатель – это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию для привода механизмов. Он обычно обозначается символом “М” или “M”.
Нагревательный элемент
Нагревательный элемент – это устройство, которое преобразует электрическую энергию в тепловую энергию для нагрева. Он обычно обозначается символом “Н” или “H”.
Кондиционер
Кондиционер – это устройство, которое использует электрическую энергию для охлаждения или нагрева воздуха в помещении. Он обычно обозначается символом “К” или “C”.
Это лишь некоторые примеры условных обозначений потребителей электрической энергии. Все они используются для обозначения различных типов потребителей энергии в электротехнических схемах и диаграммах.
Источники электрической энергии
Энергетическая проблема является одной из основных проблем человечества. Основными источниками энергии, на данный момент, являются газ, уголь и нефть. По прогнозным данным запасов нефти хватит на 40 лет, угля на 395 лет и газа на 60 лет. Мировая система энергетики подвергается гигантским проблемам.
Относительно электроэнергии, то источники электрической энергии представлены различными электростанциями – тепловыми, гидроэлектростанциями и атомными электростанциями. В результате стремительного истощения природных энергетических носителей на первый план выводится задача по поиску новых методов получения энергии.
Источник электрической энергии (Electric energy source) — электротехническое изделие (устройство), преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию (ГОСТ 18311-80).
Источники основной электрической энергии
Работают на органическом топливе – мазут, уголь, торф, газ, сланцы. Размещаются ТЭС, главным образом, в том регионе, где присутствуют природные ресурсы и вблизи крупных нефтеперерабатывающих предприятий.
Возводятся в местах, где большие реки перекрываются плотиной, и благодаря энергии падающей воды вращаются турбины электрогенератора. Получение электроэнергии таким методом считается самым экологичным за счет того, что не происходит сжигание различных видов топлива, следовательно, отсутствуют вредные отходы. Подробнее смотрите здесь — Принцип работы гидроэлектростанции
Для нагрева воды требуется энергия тепла, которая выделяется в результате ядерной реакции. А в остальном она схожа с тепловой электростанцией.
Нетрадиционные источники энергии
К ним относятся ветер, солнце, тепло земных турбин и океанические приливы. В последнее время их все чаще используют как нетрадиционные дополнительные источники энергии. Ученые утверждают, что к 2050 году нетрадиционные энергоисточники станут основными, а обычные потеряют свое значение.
Есть несколько способов ее применения. Во время физического метода получения энергии солнца применяются гальванические батареи, способные поглощать и преобразовывать солнечную энергию в электрическую или тепловую. Также используется система зеркал, отражающая солнечные лучи и направляющая их в трубы, заполненные маслом, где концентрируется солнечное тепло.
В некоторых регионах целесообразнее использовать солнечные коллекторы, с помощью которых есть возможность в частичном решении экологической проблемы и использования энергии для бытовых нужд.
Основные достоинства энергии солнца – общедоступность и неисчерпаемость источников, полная безопасность для окружающей среды, основные экологически чистые источники энергии.
Главный недостаток – потребность в больших площадях земли для строительства солнечной электростанции.
Ветряные электростанции способны производить электрическую энергию только в том случае, когда дует сильный ветер. «Основные современные источники энергии» ветра – ветряк, представляющий собой достаточно сложную конструкцию. В нем запрограммированы два режима работы – слабый и сильный ветер, а также есть остановка двигателя, если очень сильный ветер.
Основной недостаток ветряных электростанций (ВЭС) — шум, получаемый во время вращения лопастей пропеллеров. Самыми целесообразными являются небольшие ветряки, предназначенные для обеспечения экологически безопасной и недорогой электроэнергией дачных участок или отдельных ферм.
Для производства электрической энергии используется энергия прилива. Для того, чтобы построить простейшую приливную электростанцию потребуется бассейн, перекрытое плотиной устье реки или залив. Плотина оснащена гидротурбинами и водопропускными отверстиями.
Вода во время прилива поступает в бассейн и когда происходит сравнение уровней воды в бассейне и в море, водопропускные отверстия закрываются. С приближением отлива водный уровень уменьшается, напор становится достаточной силы, турбины и электрогенераторы начинают свою работу, постепенно вода из бассейна уходит.
Новые источники энергии в виде приливных электростанций имеют некоторые минусы – нарушение нормального обмена пресной и соленой воды; влияние на климат, так в результате их работы меняется энергетический потенциал вод, скорость и площадь перемещения.
Плюсы – экологичность, невысокая себестоимость производимой энергии, сокращение уровня добычи, сжигания и транспортировки органического топлива.
• Нетрадиционные геотермальные источники энергии
Для производства энергии используется тепло земных турбин (глубинные горячие источники). Данное тепло можно применять в любом регионе, но расходы смогут окупиться лишь там, где горячие воды максимально приближены к земной коре – местности активной деятельности гейзеров и вулканов.
Основные источники энергии представлены двумя типами – подземный бассейн естественного теплоносителя (гидротермальный, паротермальный или пароводяной источники) и тепло горных горячих пород.
Первый тип представляет собой готовые к применению подземные котлы, из которых пар или воду добывать можно обычными буровыми скважинами. Второй тип дает возможность получения пара или перегретой воды, которые в дальнейшем можно использовать в энергетических целях.
Основной недостаток обоих типов – слабая концентрация геотермических аномалий, когда горячие породы или источники подходят близко к поверхности. Также требуется обратная закачка в подземный горизонт отработанной воды, поскольку термальная вода имеет множество солей токсичных металлов и химических соединений, которые нельзя сбрасывать в поверхностные водные системы.
Достоинства – данные запасы неисчерпаемы. Геотермальная энергия пользуется большой популярностью благодаря активной деятельности вулканов и гейзеров, территория которых занимает 1/10 площади Земли.
Новые перспективные источники энергии – биомасса
Биомасса бывает первичной и вторичной. Для получения энергии можно использовать высушенные водоросли, отходы сельского хозяйства, древесину и т. д. Биологический вариант использования энергии – получение из навоза биогаза в результате сбраживания без доступа воздуха.
На сегодняшний день в мире накопилось приличное количество мусора, ухудшающего окружающую среду, мусор оказывает губительное влияние на людей, животных и на все живое. Именно поэтому требуется развитие энергетики, где будет использоваться вторичная биомасса для предотвращения загрязнения окружающей среды.
Согласно подсчетам ученых, населенные пункты могут полностью обеспечивать себя электроэнергией только за счет своего мусора. Более того, отходы практически отсутствуют. Следовательно, будет решаться проблема уничтожения мусора одновременно с обеспечением населения электроэнергией при минимальных расходах.
Преимущества – не повышается концентрация углекислого газа, решается проблема использования мусора, следовательно, улучшается экология.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Солнечная энергия как источник электрической энергии
Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме использования солнечной энергии как основной источник питания потребителя. Автор даёт обобщенную характеристику способам преобразования солнечной энергии в другие виды энергии. А также рассмотрены государственные планы развития солнечной энергетики в различных странах мира и были рассмотрены благоприятные условия установки солнечных панелей в мире. В статье раскрываются проблемы неконкурентоспособности солнечной энергетики относительно данного времени и как с этим можно бороться.
Автор(ы) Бубенчиков А.А.
Нурахмет Е.Е.
Молодых В.О. +1
Источник Международный научно-исследовательский журнал
Научный журнал
Электроцепи
Состав электрической цепи В составе электрической цепи выделяются: Приемники электрической энергии.
Источники электрической энергии.
К первичным источникам электрической энергии относятся устройства, в которых осуществляется превращение.
Во вторичных источниках энергии осуществляются различные преобразования электрического тока, например.
электрическую энергию, то есть являются пассивными.
Автор Демьян Бондарь
Источник Справочник
Категория Электроника, электротехника, радиотехника
Статья от экспертов
