Способы получения электрической энергии

Содержание

Основным источником электроэнергии в мире являются, как известно, различного рода электростанции – тепловые электростанции, гидроэлектростанции и электростанции атомные. Тепловые электростанции (ТЭС), работающие на органическом топливе (уголь, мазут, газ, сланцы, торф), являются на сегодня основным видом используемых в России энергопроизводителей.
Выбор места размещения тепловых электростанций определяется в основном наличием в данном регионе природных и топливных ресурсов. Мощные ТЭС строятся, как правило, в местах добычи топливных ресурсов или недалеко от крупных центров нефтеперерабатывающей промышленности. Тепловые электростанции, на которых в качестве топлива используются местные виды горючего (сланец, торф, низкокалорийные и многозольные угли), стараются размещать согласно потребности в электроэнергии и, в тоже время, с учётом наличия тех или иных видов топливных ресурсов.
Электростанции, работающие на высококалорийном топливе, доставка которого к месту использования экономически целесообразна, размещаются обычно с учётом потребительского спроса на электроэнергию. Гидроэлектростанции представляют собой специальные сооружения, возведённые в местах перекрытия больших рек плотиной и использующие энергию падающей воды для вращения турбин электрогенератора. Этот способ получения электроэнергии является наиболее экологичным, поскольку обходится без сжигания тех или иных видов топлива и не оставляет никаких вредных отходов после себя. Атомные электростанции (АЭС) отличаются от тепловых лишь тем, что, если в ТЭС для нагрева воды и получения пара используется горючее топливо, то в АЭС источником нагрева воды служит энергия тепла, выделяемого в процессе ядерной реакции. В настоящее время большую часть всей вырабатываемой в мире электроэнергии дают тепловые электростанции, мощность которых может составлять сотни тысяч и миллионы киловатт.
Для совместного и согласованного производства электроэнергии электростанции различного типа объединяют в энергосистемы. Объединение электростанций, а также самих энергосистем между собой позволяет снизить стоимость электроэнергии и гарантирует бесперебойность режима электроснабжения потребителя. Объясняется это тем, что производство и расходование электроэнергии происходят одновременно, и невозможно аккумулировать всю вырабатываемую энергию в каком-либо виде. Поэтому электростанции обязаны иметь определённый резерв по рабочей мощности, необходимый для того, чтобы быть способными в любой момент удовлетворить возросший спрос на электроэнергию со стороны потребителя (на возросшую нагрузку). А величина потребления (спроса на энергию) может резко колебаться при изменении режимов и условий работы потребителей. В городах в зимний период, например, потребление электроэнергии резко возрастает, а летом — снижается. В сельском хозяйстве, напротив, электрические подстанции больше загружены именно летом, когда производятся сезонные полевые работы. Кроме того, максимальные нагрузки электростанций, расположенных на востоке и западе страны обычно не совпадают из-за разницы во времени. При коллективной работе электростанций они подпитывают друг друга, что обеспечивает их более равномерную загрузку и повышение КПД работы. На электростанциях, не входящих в состав энергосистемы, не допускается применение мощных узлов по транспортировке и преобразованию электроэнергии. Объясняется это тем, что выход подобного узла из строя моментально парализует работу промышленных предприятий, обесточивает целые районы и грозит аварийной остановкой систем водоснабжения и т. п. При объединении энергопроизводителей в энергосистемы нет оснований отказываться от таких мощных агрегатных узлов, поскольку нагрузку вышедшего из строя участка линии мгновенно подхватят оставшиеся в рабочем состоянии системы. Наряду с традиционным способом получения электроэнергии с помощью электростанций всё большую популярность приобретают в последнее время альтернативные источники электроэнергии. К подобным источникам можно отнести, например, ветряные электрогенераторы, которые преобразуют природную силу ветра в электрический ток. Всё большей популярностью в наше время пользуются и солнечные батареи, которые, в отличие от электрогенератора, используют принцип прямого преобразования энергии солнечных лучей в электрическую энергию (фотоэффект).

🌑 10 САМЫХ ВЕРНЫХ СПОСОБОВ ДОБЫТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО О КОТОРЫХ ТЫ НЕ ЗНАЛ Игорь Белецкий

none Опубликована: 2011 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

Техническая грамотность

Оценить Сбросить

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Для добавления Вашей сборки необходима регистрация

Статью еще никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Паяльник с регулировкой температуры

1999-2024 Сайт-ПАЯЛЬНИК ‘cxem.net’
При использовании материалов сайта, обязательна
ссылка на сайт ПАЯЛЬНИК и первоисточник

Производство электроэнергии

Определение 1

Электроэнергетика — это отрасль энергетики, которая включает в себя передачу, производство и сбыт электрической энергии.

К основным способам производства электроэнергии можно отнести производство при помощи:

Тепловых электростанций.
Атомных электростанций.
Гидроэлектростанций.

В гидроэнергетике, для производства электрической энергии, используется кинетическая энергия водного потока, а предприятиями, занимающиеся данным видом производства электроэнергии являются гидроэлектростанции. При сооружении гидроэлектростанций при помощи плотин создается перепад уровней водной поверхности — верхний и нижний бьеф. Из-за действия силы тяжести вода переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным водоводам, где находятся турбины, лопасти которых раскручиваются потоком воды. Турбина вращает таким образом соосный электрический генератор. Особой разновидностью гидроэлектростанции является гидроаккумулирующие электростанции, использующиеся для разгрузки сети в пиковые часы. Пример схемы гидроэлектростанции изображен на рисунке ниже.

Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты

Рисунок 1. Схема гидроэлектростанции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

1 — водохранилище; 2 — машинный зал гидроэлектростанции; 3 — гидравлическая турбина; 4 — электрический генератор; 5 — водоприемник; 6 — напорный водовод; 7 — русло реки; 8 — линия электропередачи.

Определение 2

Гидравлическая турбина — это лопаточная машина, в которой происходит преобразование кинетической (или потенциальной) энергии воды в механическую работу вала.

Тепловая электростанция вырабатывает электрическую энергию посредством преобразования тепловой энергии, которая выделяется в результате сжигания органического топлива. Подавляющее большинство от общего объема электрической энергии в мире, производится на теплоэлектростанциях. На данных станциях химическая энергия топлива сначала превращается в механическую и только потом в электрическую. Топливом для них могу быть мазут, горючие сланцы, уголь или торф. Все тепловые электростанции делятся на конденсационные, производящие только электрическую энергию и теплоэлектроцентрали, которые кроме электрической энергии производят еще тепловую энергию в виде пара и горячей воды.

Начинай год правильно
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽

Атомная электростанция представляет собой промышленное предприятие, на котором атомная энергия преобразуется в электрическую. Тепло, которое выделяется в результате деления ядер тяжелых элементов, преобразуется в электрическую энергию. На таких станция используется ядерное горючее (уран, плутоний и т.п.), запасы которого значительно превышают запасы угля, нефти и природного газа. Атомные электростанции имеют целый ряд преимуществ перед другими видами станций, например, они не загрязняют окружающую среду (при нормальном режиме работы), а также не привязаны к источнику сырья. Главный их недостаток заключается в том, что при форс-мажорных обстоятельствах риск катастрофических последствий аварии существенно возрастает.

Альтернативные способы производства электрической энергии

Альтернативные способы производства электрической энергии представляют собой, такие методы, которые имеют ряд преимуществ перед традиционными, но не получившие широкого распространения по ряду причин. К основным из них относятся:

Ветроэнергетика. Данный способ подразумевает использование энергии ветра для производства электроэнергии. Коэффициент полезного действия современных ветряных турбин достигает 60 %.
Гелиоэнергетика. Данный способ подразумевает получение электрической энергии посредством фотоэлектрического эффекта из лучей Солнца. Солнечные батареи преобразуют свет сразу в электроэнергию. Недостаток способа заключается в том, что он гораздо дороже, чем производство электрической энергии при помощи генераторов. Коэффициент полезного действия современных солнечных батарей достигает 30 % (40 % у экспериментальных образцов).
Геотермальная энергетика. Данный способ подразумевает использование получения электроэнергии из термальных подземных вод и горячих источников. Основной недостаток заключается в географической ограниченности, так как экономически выгодно строить геотермальные станции только в регионах с высокой тектонической активностью.
Водородная энергетика. Данный способ подразумевает использование водорода в качестве энергетического топлива. У данного способа большие перспективы, так как сгорание водороде обладает высоким коэффициентом полезного действия, ресурс водорода практически не ограничен, также процесс сгорания водорода экологически безопасен. Но водородная энергетика не может в полной мере удовлетворить потребностям человека, так как производство чистого водорода очень дорого, а его транспортировка в больших количествах технически сложна.
Волновая и приливная энергетика. Данный способ подразумевает использование естественной кинетической энергии ветровых волн и морских приливов. Основной недостаток заключается в совпадении многих факторов (частота приливов, постоянство ветров и т.п.), которые являлись бы основанием для строительства электростанции.

Гидрогенерация

На гидроэлектростанциях (ГЭС) вращает турбину поток воды. Обычно строится плотина, которая перекрывает реку. В месте перекрытия образуется водохранилище. В плотине есть специальные водозаборные отверстия, через которые вода по трубам поступает к турбине, вращает ее и продолжает свой путь обратно в русло реки, расположенное ниже уровня водохранилища. Вращающаяся турбина приводит в движение генератор, который, непосредственно, и вырабатывает электроэнергию. Таким образом энергия водного потока преобразуется в электрическую.

Схема работы гидроэлектростанции (ГЭС):

https://www.kp.ru/best/krsk/metalenergy/

На динамику выработки электроэнергии ГЭС влияет уровень воды в водохранилищах. Чем он выше, тем больше выработка.

Из достоинств стоит отметить дешевизну электроэнергии по сравнению с тепловой генерацией.

В России явным лидером в гидрогенерации является «РусГидро».

Ветряная генерация

На ветряных электростанциях (ВЭС) в движение турбину приводит ветер. Ветряная электростанция представляет собой ветропарк, который состоит из нескольких ветрогенераторов. Принцип работы простой: ветер вращает лопасти, которые соединены с генератором, производящим электроэнергию. Необходимая скорость ветра для размещения ветряной электростанции составляет от 4,5 м/с. Так как скорость ветра возрастает с повышением высоты, то ВЭС стараются строить на возвышенности, а сами ветрогенераторы высотой 30-60 метров.

Схема работы ветрогенератора:

http://tdap.ru/press/news/podshipniki-dlya-vetrogeneratorov/

На российском рынке на ветряную генерацию делает ставку и активно развивает данное направление «Энел Россия».

Следующие виды генерации электроэнергии не используются в российской энергетике широко.

Электростанции: типы и особенности

Выработка электричества распространенным способом происходит в результате преобразования механического усилия: вал генератора приводится в движение, что и создает электрический заряд. На электростанциях устанавливают генераторные установки, производительность которых зависит от параметров вращения и технической конструкции. Принципиально иной способ получения электрозаряда используется в солнечных панелях, которые поглощают световые лучи и преобразуют энергию солнца в напряжение.

Электростанции подразделяются по источнику первичной энергии, которая участвует в производстве электроэнергии. Для этой цели человек приспособил природные силы и разработал технологии передачи энергетического потенциала горючих соединений в проводные коммуникации в виде электрического тока. На службу техническому прогрессу призваны: реки, ветер, океанские приливы и отливы, солнечный свет, а также — топливные, невозобновляемые ресурсы.

В крупных промышленных масштабах электричество получают на электростанциях следующих типов:

гидроэлектростанции (ГРЭС);
тепловые (ТЭС, в том числе, ТЭЦ — теплоэлектроцентрали);
атомные (АЭС или АТЭЦ).

Благодаря развитию технологий возрастает количество электростанций, использующих альтернативные источники энергии. К ним относятся приливные, ветровые, солнечные, геотермальные электрогенерирующие объекты. В отдельную категорию можно выделить комплексные автономные решения, состоящие из нескольких газотурбинных или дизельных генераторов, которые объедены для обеспечения высокой производительности.

Автономные электростанции

Генераторные комплексы автономного типа применяют для резервного электроснабжения, а также в ситуациях, когда прокладка высоковольтной ЛЭП затруднена природными условиями и оказывается нерентабельной. Необходимость установки мобильных электростанций возникает рядом с месторождениями полезных ископаемых, на производственных или строительных участках, значительно удаленных от проложенных электросетей.

Выработка электричества генераторными комплексами (производительность) зависит от количества генерирующих модулей, подключенных в единую цепь, и, по сути, ограничена только экономическими издержками. По сравнению с производством электроэнергии в крупных промышленных масштабах на АЭС, ТЭС, ГРЭС стоимость одного «дизельного» или «газотурбинного» мегавата обходится дороже. Поэтому при наличии подходящих условий инженеры-проектировщики и архитекторы производственных предприятий, населенных пунктов, жилых массивов ориентируются на подключение к подаче магистрального напряжения.

Производство электроэнергии в крупных масштабах

В двадцатом веке наибольший процент выработки электрической энергии приходился на ТЭС и ТЭЦ. С развитием атомной энергетики общемировая доля производства электроэнергии на АЭС превысила 10%. Строительство ГРЭС ограничено несколькими природными факторами, и поэтому гидроспособ преобразования используется локально, с привязкой к равнинным рекам. Полностью экологичное электричество или «зеленые мегаватты» — продукция объектов альтернативной выработки, — в 21-ом веке набирает популярность, что связано с заботой об окружающей среде и со стремлением рационально расходовать природные ресурсы.

ТЭС

Тепловые электростанции стали популярными по причине сравнительно небольших затрат для выхода на проектную мощность. Строительство ТЭС не связано с созданием плотин и монтажом ядерных реакторов. Для преобразования энергетического потенциала углеводородов в электроэнергию необходима технологическая система, состоящая из паровых котлов, паропровода и турбогенераторов. Масштабы и схемы могут быть разными, в том числе, в комбинации с теплоцентралью, но основной принцип работы ТЭС неизменен для всех случаев: тепло от сгорания через промежуточное парообразование преобразуется в электрическое напряжение.

ГРЭС

Гидроэлектростанции в отличие от тепловых не требуют топлива, удаления твердых отходов (угольные, торфяные, сланцевые ТЭС) и не загрязняют атмосферу продуктами сгорания. Но на широтах с холодными зимами и замерзающими водоемами производительность ГРЭС зависит от сезонных факторов. Затраты, вложенные в строительство плотин, окупаются продолжительное время, а уничтожение пахотных земель в результате затопления требует тщательной оценки того, насколько целесообразно возводить гидротехнические сооружения в определенном регионе.

АЭС

Атомные электростанции преобразуют энергию ядерного распада в электричество. Тепло от реактора поглощает теплоноситель первичного контура с нагревом через парогенератор воды во втором контурном цикле, откуда пар подается на генераторные турбины — и вращает их. Сложность процесса и опасность, связанная с аварийными ситуациями, ограничивают распространение данного виды выработки. Работа реактора должна контролироваться современными технологиями, а отработанное топливо — утилизироваться с соблюдением защитных мер.

Поделитесь ссылкой со своими друзьями:

Производство электроэнергии

Определение 1

К основным способам производства электроэнергии можно отнести производство при помощи:

Тепловых электростанций.
Атомных электростанций.
Гидроэлектростанций.

Статья: Производство электроэнергии

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Рисунок 1. Схема гидроэлектростанции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Определение 2

Начинай год правильно
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽

Альтернативные способы производства электрической энергии

Ветроэнергетика. Данный способ подразумевает использование энергии ветра для производства электроэнергии. Коэффициент полезного действия современных ветряных турбин достигает 60 %.
Гелиоэнергетика. Данный способ подразумевает получение электрической энергии посредством фотоэлектрического эффекта из лучей Солнца. Солнечные батареи преобразуют свет сразу в электроэнергию. Недостаток способа заключается в том, что он гораздо дороже, чем производство электрической энергии при помощи генераторов. Коэффициент полезного действия современных солнечных батарей достигает 30 % (40 % у экспериментальных образцов).
Геотермальная энергетика. Данный способ подразумевает использование получения электроэнергии из термальных подземных вод и горячих источников. Основной недостаток заключается в географической ограниченности, так как экономически выгодно строить геотермальные станции только в регионах с высокой тектонической активностью.
Водородная энергетика. Данный способ подразумевает использование водорода в качестве энергетического топлива. У данного способа большие перспективы, так как сгорание водороде обладает высоким коэффициентом полезного действия, ресурс водорода практически не ограничен, также процесс сгорания водорода экологически безопасен. Но водородная энергетика не может в полной мере удовлетворить потребностям человека, так как производство чистого водорода очень дорого, а его транспортировка в больших количествах технически сложна.
Волновая и приливная энергетика. Данный способ подразумевает использование естественной кинетической энергии ветровых волн и морских приливов. Основной недостаток заключается в совпадении многих факторов (частота приливов, постоянство ветров и т.п.), которые являлись бы основанием для строительства электростанции.

Современные способы получения электрической энергии

Общая энергетика. 1. Современные способы получения электрической энергии. 1.1. Тепловые конденсационные электрические станции. Тепловые конденсационные электрические станции преобразовывают энергию органического топлива вначале в механическую, а затем в электрическую. Механическую энергию упорядоченного вращения вала получают с помощью тепловых двигателей, преобразующих энергию неупорядоченного движения молекул пара или газа. Все тепловые двигатели подразделяются:
по виду используемого рабочего тела — пар или газ; по способу преобразования тепловой энергии в механическую— поршневой или роторный (табл. 2.2). В поршневом способе для преобразования используется потенциальная энергия рабочего тела,

Маран Программная инженерия
Программная инженерия
Техническое задание
Инженерная графика
Подробный разбор экзаменационных билетов по теормеху. 1 часть
Теоретическая механика
Иностранный язык Lesson 1-15
Английский язык
Все письменные КМ под ключ за 7 суток! (КМ-1 + КМ-2 + КМ-3 + КМ-4 + КМ-5)
WEB-технологии
Вычислительные системы (ИДДО ВС-Б-3-1-ЗаО). Полный курс. Итоговый тест. Результат: 5 (93,3%)
Вычислительные сети и системы

получаемая при его нагревании. В роторном способе используется кинетическая энергия движущихся с большой скоростью частиц рабочего тела. Паровая машина была единственным двигателем, используемым в промышленности и на транспорте в XVIII и XIX вв. В настоящее время она практически не встречается, а широко применявшиеся в прошлом паровозы и пароходы почти полностью сняты с производства. В настоящее время наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобильном транспорте. В стационарной энергетике двигатели внутреннего сгорания находят ограниченное применение. На современных мощных ТЭС устанавливают паровые турбины,. Первая паровая турбина, предназначенная для вращения электрического трехфазного генератора, была установлена на Эльберфельдской электростанции в 1899 г. С тех пор началось развитие мощных паротурбинных электростанций. В качестве тепловых двигателей на электрических станциях используют также газовые турбины. Для повышения эффективности работы тепловых двигателей стремятся максимально увеличить температуру рабочего тела и его давление до значений, приемлемых по условиям механической прочности конструкционных материалов. В современных паровых установках, составляющих основу энергетики, используют пар при температуре— около 600°С и давлении 30 МПа. Для охлаждения рабочего тела (пара) обычно применяют холодную воду, которая понижает его температуру до 30— 40°С. При этом давление пара резко падает. На рис. 2.3 схематически показаны стадии преобразования первичной энергии органического топлива в электрическую.

Основные процессы теплового цикла паровых установок, как было показано ранее, происходят в следующих элементах: в парогенераторах — подвод теплоты, в турбинах — расширение пара, в конденсаторах— отвод теплоты, в турбинах — расширение пара, в конденсаторах — охлаждение. С помощью насосов высокого давления производится сжатие, при котором конденсат нагнетается в парогенератор. Схема тепловой станции, приведенная на рис. 2.1, более подробно показана на рис. 2.4 и 2.5 Работа станции происходит следующим образом. Из бункера 1 (рис. 2.4) уголь поступает в дробильную установку 2, где он превращается в пыль. Угольная пыль вместе с

Прямоточные котлы получили широкое распространение, так как они дешевле барабанных. У барабанных парогенераторов при высоких давлениях (свыше 20 МПа) нарушается естественная циркуляция воды и пара. Прямоточные парогенераторы стали применяться в нашей стране в 30-е годы по инициативе Л. К. Рамзина, который разработал ряд оригинальных конструкций котлов. Турбины. Полученный в парогенераторах перегретый пар при температуре ~600°С и давлении 30 МПа по паропроводам передается в сопла. Сопла предназначены для преобразования внутренней энергии пара в кинетическую энергию упорядоченного движения молекул. Если перед входом в сопло пар имел некоторую начальную скорость Со и начальное давление р1 (рис. 2.8), то после выхода из сопла в результате расширения пара происходит увеличение его скорости до значения с1 и уменьшение давления до значения р2. Температура пара также при этом значительно понижается. После выхода из сопла пар подается на рабочие лопатки турбины. Если турбина активная, то между ее рабочими лопатками расширения пара не происходит, следовательно, давление пара не меняется (рис. 2.8). Абсолютная скорость движения пара уменьшается от с1 до с2 вследствие вращения турбины со скоростью υ. Конструктивно обычно турбина выполняется в виде нескольких ступеней, каждая из которых состоит из одного венца сопловых лопаток и одного венца рабочих лопаток. Сопловые и рабочие лопатки закреплены на окружностях одинакового радиуса.

У реактивной турбины или ступени происходит расширение пара, проходящего через каналы рабочих лопаток. В зависимости от показателей расширения пара в каналах турбины характеризуют ступенями реактивности. В настоящее время турбины выполняют многоступенчатыми, причем в одной и той же турбине могут быть как активные, так и реактивные (с различной степенью реактивности) ступени. Изменение параметров пара в реактивной ступени турбины показано на рис. 2.9. В соплах турбины происходит частичное расширение пара до промежуточного давления р1. Дальнейшее расширение пара до давления p2 происходит в каналах между лопатками. Абсолютная скорость пара в сопле увеличивается до значения сi, а в каналах между лопатками уменьшается из-за вращения лопаток до значения С2. Общий вид лопаток мощной паровой турбины показан на рис. 2.10.

В реактивных турбинах помимо центробежных сил, возникающих при изменении скорости движения пара, на лопатки действуют реактивные силы, вызванные расширением пара. Материально-техническое обеспечение организации — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию. Появление реактивной силы можно показать на следующем примере. Пусть в бак, установленный на тележке (рис. 2.11), подведен пар под давлением, который в положении I равномерно действует на все стенки. Если убрать пробку, то равновесие бака сразу же нарушится. На правую стенку будет действовать неизменная сила, а сила, действующая на левую стенку, резко уменьшится, так как давление окружающей среды меньше, чем давление в баке. Пар устремится из бака, а тележка под действием реактивной силы начнет двигаться вправо (положение II). (Конденсаторы. Пар, выходящий из турбины, направляют для охлаждения и конденсации в специальное устройство называемое конденсатором. Конденсатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого имеется большое число латунных трубок. По трубкам протекает охлаждающая вода, поступающая в конденсатор обычно при температуре 10—15°С и выходящая из него при температуре 20—25°С. Пар обтекает трубки сверху вниз, конденсируется и снизу удаляется. Давление в конденсаторе поддерживается в пределах 3— 4 кПа, что достигается охлаждением пара. Расход охлаждающей воды составляет примерно 50—100 кг на 1 кг пара. На электростанции мощностью 1 ГВт расходуется 40 м 3 /с охлаждающей воды, что примерно равно расходу воды в Москве-реке. Если воду для охлаждения пара забирают из реки, подают в конденсатор, а затем сбрасывают в реку, то такую систему водоснабжения называют прямоточной. В случаях, когда воды в реке не хватает, сооружают пруд. С одной стороны пруда вода подается в конденсатор, а с другой стороны пруда сбрасывается нагретая в конденсаторе вода. В замкнутых системах водоснабжения для охлаждения воды, нагретой в конденсаторе, сооружают градирни, представляющие собой устройства высотой примерно 50 м. Вода вытекает струйками из отверстий лотков, разбрызгивается и, стекая вниз, охлаждается. Внизу расположен бассейн, в котором вода собирается и затем насосами подается в конденсатор. Тепловой баланс конденсационной электрической станции. На ТЭС происходят многократные преобразования энергии, сопровождающиеся потерями. Экономичность процесса преобразования химической энергии топлива в электрическую и потери на различных стадиях производства можно выявить из анализа теплового баланса электрической станции. Если за 100% принять химическую энергию, получаемую при сжигании угля в топках котлов, то в среднем только 25% этой энергии превращается в электрическую (рис. 2.12). Наибольшие потери теплоты происходят в конденсаторе. С охлаждающей водой конденсатора уносится 55% теплоты.

«Электрическая энергия — основа современного технического прогресса. Способы получения энергии»
план-конспект урока по технологии (8 класс) на тему

План — конспект к уроку технология в 8 классе на тему: «Электрическая энергия — основа современного технического прогресса. Способы получения энергии».

Представить сегодня нашу жизнь без электрической энергии невозможно. Электроэнергетика необходима во всех сверах человеческой деятельности: промышленность и сельское хозяйство, в быту, науке и космосе и т. д.

Скачать:

ВложениеРазмер

конспект урока технологии

62 КБ

Тема урока: Электрическая энергия – основа современного технического прогресса.

Способы получения электроэнергии

Познакомить учащихся с физическими основами производства передачи и использования электрической энергии
Способствовать формированию у старшеклассников информационной и коммуникативной компетентностей
Познакомить учащихся с производством и использованием электрической энергии в России. ( в Мордовии)
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, авторские презентации: «Производство, передача и использование электрической энергии»/

Организационный момент — 1мин

Мотивационный момент -2 мин

Объяснение нового материала и практическая работа в тетради 30 +10 мин

Промышленная энергетика (ГЭС, ТЭС, АЭС)
Альтернативная энергетика (ГеоТЭС, СЭС, ВЭС, ПЭС)
Передача электрической энергии
Эффективное использование электрической энергии

Домашнее задание — 2 мин

1. Организационны момент

Учитель:
Представить сегодня нашу жизнь без электрической энергии невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Немыслим без электроэнергии и наш быт. Столь широкое применение электроэнергии объясняется ее преимуществами перед другими видами энергии. Так, электроэнергию можно получать за счет других разнообразных видов энергии (воды, ветра, солнца и т.д.), легко превращать в другие виды энергии, без больших потерь передавать на большие расстояния, достаточно просто и с высоким кпд преобразовывать, дробить на порции любой величины.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортной промышленности. Электротранспорт не загрязняет окружающую среду. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированный железнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорог за счет увеличения скорости движения поездов.
Электроэнергия в быту является основным фактором обеспечения комфортабельной жизни людей. Уровень развития электроэнергетики отражает уровень развития производительных сил общества и возможности научно-технического прогресса.

Электроэнергия была и остается главной составляющей жизни человека Главные вопросы – сколько энергии нужно человечеству? Какой будет энергетика ХХІ века? Чтобы дать ответы на эти вопросы необходимо знать основные способы получения электроэнергии, изучить проблемы и перспективы современного производства электроэнергии в России, но и на территории Красноярского края.

Преобразования энергии различных видов в электрическую энергию происходит на электростанциях ( слайд №1 ). В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы:

Электростанции промышленной энергетики: ГЭС, ТЭС, АЭС
Электростанции альтернативной энергетики: ПЭС, СЭС, ВЭС, ГеоТЭС

Рассмотрим физические основы производства электроэнергии на электростанциях.
( Учащиеся заслушиваются выступления групп и при этом заполняют таблицу)

№1: Гидроэлектростанции (ГЭС)

Гидроэлектростанция представляет собой комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию (слайд№2).
На ГЭС электроэнергию получают, используя энергию воды, перетекающей с высшего уровня к низшему уровню и вращающей при этом турбину. Плотина – самый важный и самый дорогостоящий элемент ГЭС. Вода перетекает с верхнего бьефа в нижний бьеф по специальным трубопроводам, либо по выполненным в теле плотины каналам и приобретает большую скорость. Струя воды поступает на лопасти гидротурбины. Ротор гидротурбины приводится во вращение под действием центробежной силы струи воды. Вал турбины соединяется с валом электрического генератора, и при вращении ротора генератора механическая энергия ротора преобразуется в электрическую энергию.
Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами – их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Однако гидроэнергетика не безвредна для окружающей среды ( слайд №3 ). При постройке плотины образуется водохранилище. Вода, залившая огромные площади, необратимо изменяет окружающую среду. Подъем уровня реки плотиной может вызвать заболоченность, засоленность, изменения прибрежной растительности и микроклимата. Поэтому так важно создание и использование экологически безвредных гидротехнических сооружений.

№2: Теплоэлектростанции (ТЭС)

Тепловая электростанция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Основными видами топлива для ТЭС являются природные ресурсы – газ, уголь, торф, горючие сланцы, мазут ( слайд №4 ). Тепловые электростанции разделяются на две группы: конденсационные и теплофикационные или теплоцентрали (ТЭЦ). Конденсационные станции снабжают потребителей только электрической энергией. Их сооружают вблизи залежей местного топлива с тем, чтобы не возить его на большие расстояния. Теплоцентрали снабжают потребителей не только электрической энергией, но и теплом – водяным паром или горячей водой, поэтому ТЭЦ сооружают поблизости от приемников теплоты, в центрах промышленных районов и крупных городов для уменьшения протяженности теплофикационных сетей. Топливо транспортируют на ТЭЦ из мест его добычи. В машинном зале ТЭС установлен котел с водой. За счет тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 550°С и под давлением 25 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину, назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию. Энергия движения паровой турбины преобразуется в электрическую энергию генератором, вал которого непосредственно соединен с валом турбины. После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру около 25°С, поступает в конденсатор. Здесь пар с помощью охлаждающей воды превращается в воду, которая с помощью насоса снова подается в котел. Цикл начинается снова. ТЭС работают на органическом топливе, но это, к сожалению, невосполнимые природные ресурсы ( слайд № 5 ). К тому же, работа ТЭС сопровождается экологическими проблемами: при сгорании топлива происходит тепловое и химическое загрязнение среды, что оказывает губительное воздействие на живой мир водоемов и качество питьевой воды.

№3: Атомные электростанции (АТС)

Атомная электростанция (АЭС) – электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую энергию ( слайд №6 ). Атомные электростанции действуют по такому же принципу, что и тепловые электростанции, но используют для парообразования энергию, получающуюся при делении тяжелых атомных ядер (урана, плутония). В активной зоне реактора протекают ядерные реакции, сопровождающиеся выделением огромной энергии ( слайд № 7 ). Вода, соприкасающаяся в активной зоне реактора с тепловыделяющими элементами, забирает у них тепло и передает это тепло в теплообменнике также воде, но уже не представляющей опасности радиоактивного излучения. Поскольку вода в теплообменнике превращается в пар, его называют парогенератором. Горячий пар поступает в турбину, преобразующую тепловую энергию пара в механическую энергию. Энергия движения паровой турбины преобразуется в электрическую энергию генератором, вал которого непосредственно соединен с валом турбины. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: не требуют привязки к источнику сырья и собственно могут быть размещены в любом месте, при нормальном режиме функционирования считаются экологически безопасными ( слайд № 8 ). Но при авариях на АЭС возникает потенциальная опасность радиационного загрязнения среды. Кроме того существенной проблемой остается утилизация радиоактивных отходов и демонтаж отслуживших свой срок АЭС.

Учитель:
Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены, не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района ( слайд № 9 ). Альтернативный источник энергии — способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений.

№ 4: Приливные электростанции (ПЭС)

Использование энергии приливов началось еще в ХІ веке, когда на берегах Белого и Северного морей появились мельницы и лесопилки. Два раза в сутки уровень океана то поднимается под действием гравитационных сил Луны и Солнца, притягивающих к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13-18 метров ( слайд № 10) . Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены гидротурбины, которые вращают генератор. Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 метров. В приливных электростанциях двустороннего действия турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно. Приливные электростанции двустороннего действия способны вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 часов с перерывами в 1-2 часа четыре раза в сутки. Для увеличения времени работы турбин существуют более сложные схемы – с двумя, тремя и большим количеством бассейнов, однако стоимость таких проектов весьма высока ( слайд № 11 ). Недостаток приливных электростанций в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки ( слайд № 12 ). И даже они экологически не безопасны. Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым – условия жизни морской флоры и фауны. Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения.

№ 5: Ветряные электростанции (ВЭС)

Энергия ветра – это косвенная форма солнечной энергии, являющаяся следствием разности температур и давлений в атмосфере Земли. Около 2% поступающей на Землю солнечной энергии превращается в энергию ветра. Ветер – возобновляемый источник энергии. Его энергию можно использовать почти во всех районах Земли. Получение электроэнергии от ветросиловых установок является чрезвычайно привлекательной, но вместе с тем технически сложной задачей. Трудность заключается в очень большой рассеянности энергии ветра и в его непостоянстве ( слайд № 13 ). Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит лопасти установки, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор вырабатывает электрическую энергию, и, таким образом, энергия ветра превращается в электрический ток ( слайд №13 ). Производство ВЭС очень дешево, но их мощность мала, и их работа зависит от погоды ( слайд № 14 ). К тому же они очень шумны, поэтому крупные установки даже приходится на ночь отключать. Помимо этого, ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения, и даже для радиоволн. Применение ВЭС вызывает локальное ослабление силы воздушных потоков, мешающее проветриванию промышленных районов и даже влияющее на климат. Наконец, для использования ВЭС, необходимы огромные площади много больше, чем для других типов электрогенераторов. И все же изолированные ВЭС с тепловыми двигателями как резерв и ВЭС, которые работают параллельно с тепло – и гидростанциями, должны занять видное место в энергоснабжении тех районов, где скорость ветра превышает 5 м/с.

№ 6: Геотермальные электростанции ( Гео ТЭС)

Геотермальная энергия – это энергия внутренних областей Земли. Извержение вулканов наглядно свидетельствует об огромном жаре внутри планеты. Ученые оценивают температуру ядра Земли в тысячи градусов Цельсия. Геотермальное тепло – это тепло, содержащееся в подземной горячей воде и водяном паре, и тепло нагретых сухих пород ( слайд № 15 ).Геотермальные тепловые электростанции (ГеоТЭС) преобразуют внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электрическую энергию. Источниками геотермальной энергии могут быть подземные бассейны естественных теплоносителей – горячей воды или пара. По существу, это непосредственно готовые к использованию «подземные котлы», откуда воду или пар можно добыть с помощью обычных буровых скважин. Полученный таким способом природный пар после предварительной очистки от газов, вызывающих разрушение труб, направляется в турбины, соединенные с электрогенераторами. Использование геотермальной энергии не требует больших издержек, т.к. в данном случае речь идет об уже «готовых к употреблению», созданных самой природой источниках энергии ( слайд № 16 ). К недостаткам ГеоТЭС относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы создают в окрестностях немалый шум и могут, к тому же, содержать отравляющие вещества. Кроме того, ГеоТЭС построить можно не везде, потому что для ее постройки необходимы геологические условия.

№ 7: Солнечные электростанции (СЭС)

Солнечная энергия – наиболее грандиозный, дешевый, но, и, пожалуй, наименее используемый человеком источник энергии. Преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию осуществляется с помощью солнечных электростанций ( слайд № 17 ). Различают термодинамические СЭС, в которых солнечная энергия сначала преобразуется в тепловую, а затем в электрическую; и фотоэлектрические станции, непосредственно преобразующие солнечную энергию в электрическую энергию ( слайд № 18 ). Фотоэлектрические станции бесперебойно снабжают электроэнергией речные бакены, сигнальные огни, системы аварийной связи, лампы маяков и многие другие объекты, расположенные в труднодоступных местах ( слайд №19 ). По мере совершенствования солнечных батарей они будут находить применение в жилых домах для автономного энергоснабжения (отопления, горячего водоснабжения, освещения и питания бытовых электроприборов). Солнечные электростанции обладают заметным преимуществом перед станциями других типов: отсутствием вредных выбросов и экологической чистотой, бесшумностью в работе, сохранением в неприкосновенности земных недр ( слайд № 20 ).

№ 8: Передача электроэнергии на расстояние

Электроэнергия производится вблизи источников топлива или гидроресурсов, в то время как ее потребители находятся повсеместно. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Рассмотрим принципиальную схему передачи электроэнергии от генератора к потребителю ( слайд № 21 ). Обычно генераторы переменного тока на электростанциях вырабатывают напряжение, не превышающее 20 кВ, так как при более высоких напряжениях резко возрастает возможность электрического пробоя изоляции в обмотке и в других частях генератора. Для сохранения передаваемой мощности напряжение в ЛЭП должно быть максимальным, поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Однако напряжение в линии электропередачи ограничено: при слишком высоком напряжении между проводами возникают разряды, приводящие к потерям энергии. Для использования электроэнергии на промышленных предприятиях требуется значительное снижение напряжения, осуществляемое с помощью понижающих трансформаторов. Дальнейшее снижение напряжения до величины порядка 4 кВ необходимо для электрораспределения по местным сетям, т.е. по тем проводам, которые мы видим на окраинах наших городов. Менее мощные трансформаторы снижают напряжение до 220 В (напряжение, используемое большинством индивидуальных потребителей).

№ 9: Эффективное использование электроэнергии

Электроэнергия занимает существенное место в статье расходов каждой семьи. Ее эффективное использование позволит значительно снизить издержки. Все чаще в наших квартирах «прописываются» компьютеры, посудомоечные машины, кухонные комбайны. Поэтому и плата за электроэнергию весьма значительна. Возросшее энергопотребление приводит к дополнительному потреблению невозобновляемых природных ресурсов: уголь, нефть, газ. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается углекислый газ, что приводит к пагубным климатическим изменениям. Экономия электричества позволяет сократить потребление природных ресурсов, а значит, и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Четыре ступени энергосбережения ( слайд № 22 )