Производство электроэнергии

Состав невидимого потока

С точки зрения физики, сама возможность возникновения электричества исходит из способностей физической материи накапливать и сохранять электрический заряд. Вокруг этих накопителей образуется энергетическое поле.

В основе действия тока лежит сила невидимого потока заряженных частиц, движущихся в едином направлении, что образует магнитное поле, родственное по принципу действия с электрическим. Они могут влиять на другие тела, обладающие зарядом того или иного вида:

  • отрицательным;
  • положительным.

Согласно научным исследованиям, электроны вращаются вокруг центрального ядра любого атома, входящего в состав молекул, образующих все физические тела. Под воздействием магнитных полей они могут отрываться от родного ядра и присоединяться к другому, вследствие чего у одной молекулы получается недостаток электронов, а у другой возникает их переизбыток.

Но сама суть этих элементов состоит в стремлении восполнить нехватку в матрице — они всегда стремятся туда, где их наименьшее количество. Такая постоянная миграция наглядно показывает, как получается электричество, ведь на близком расстоянии электроны стремительно переходят от одного центра атома к другому. Это приводит к образованию тока, о нюансах действия которого интересно знать следующие факты:

  • вектор — его направление всегда исходит из отрицательного заряженного полюса и стремится к положительному;
  • атомы с избытком электронов имеют заряд «минус» и именуются «ионами», недостаток же этих элементов создает «плюс»;
  • в контактах проводов «минусовой» заряд называют «фаза», а «плюс» обозначается нулем;
  • наименьшее расстояние между атомами — в составе металлов, поэтому они являются наилучшими проводниками тока;
  • наибольшая межатомная дистанция зафиксирована в резине и твердых телах — мрамор, янтарь, фарфор, — которые являются диэлектриками, неспособными проводить ток, поэтому их еще называют «изоляторами»;
  • энергия, образующаяся при движении электронов и разогревающая проводники, именуется «мощностью», которую принято измерять в ваттах.

Реальные проекты в наши дни

За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.

Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1 км.

Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.

Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.

Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.

Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.

На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.

Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.Глэйзером.

Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею – вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.

Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.

Этакая “звезда смерти” в наших земных реалиях.

На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.

Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше – 5км (размер Садового кольца).

Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.

Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.$.

Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.

Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос – увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?

К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.

Источники

  • https://ectrl.ru/osveshchenie/peredacha-elektroenergii.html
  • https://amperof.ru/teoriya/besprovodnaya-peredacha-elektroenergii.html
  • https://samelectrik.ru/kak-proisxodit-peredacha-i-raspredelenie-elektroenergii.html
  • https://amperof.ru/elektroenergia/peredacha-elektroenergii-na-rasstoyanie.html
  • https://oxotnadzor.ru/kak-osushchestvlyayetsya-peredacha-elektroenergii-postoyannym-tokom/
  • https://domikelectrica.ru/3-sposoba-peredachi-energii-bez-provodov/

Проблемы окружающей среды [ править ]

Различия между странами, производящими электроэнергию, влияют на заботу об окружающей среде. Во Франции только 10% электроэнергии вырабатывается из ископаемого топлива, в США — 70%, а в Китае — 80%. Чистота электричества зависит от его источника. Большинство ученых согласны с тем, что выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов от производства электроэнергии на основе ископаемого топлива составляют значительную часть мировых выбросов парниковых газов; в Соединенных Штатах на производство электроэнергии приходится почти 40% выбросов, что является крупнейшим из всех источников. За ними следуют транспортные выбросы, на долю которых приходится около одной трети производства углекислого газа в США . В Соединенных Штатах на сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии приходится 65% всех выбросов диоксида серы , основного компонента кислотных дождей. Производство электроэнергии является четвертым по величине комбинированным источником NOx , окиси углерода и твердых частиц в США.
В июле 2011 года парламент Великобритании внес предложение о том, что «уровни выбросов (углерода) от ядерной энергетики были примерно в три раза ниже на киловатт-час, чем у солнечной энергии, в четыре раза ниже, чем у чистого угля, и в 36 раз ниже, чем у обычного угля. «.

Популярные статьи  Тропический душ или обычный
Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла от источников электроэнергии
Технологии Описание 50-й процентиль (г CO2 / кВтч эл. )
Гидроэлектростанции резервуар 4
Ветер береговой 12
Ядерная различные типы реакторов поколения II 16
Биомасса разные 18
Солнечная тепловая энергия параболический желоб 22
Геотермальный горячий сухой камень 45
Солнечные фотоэлектрические Поликристаллический кремний 46
Натуральный газ различные турбины комбинированного цикла без промывки 469
Каменный уголь различные типы генераторов без очистки 1001

Генераторы электрического тока.

Производство электроэнергии

Самым известным и распространенным способом получения электроэнергии, является генерация электротока электрогенераторами. Эти электрические машины могут приводиться в движение множеством способов: посредством пара – в атомных и теплоэлектростанциях; энергией воды, ветра, волн – гидроэлектростанции и ветрогенераторы; двигателями внутреннего сгорания – дизель-генераторы. Но суть остается одна – везде присутствует генератор, вырабатывающий по закону Фарадея электроток.

Вас может заинтересовать – «Как работает индукционная лампа?».

Способ, в большинстве своем, применяется в промышленных масштабах и служит для снабжения электроэнергией предприятий, жилых домов, общественных и спортивных комплексов, в общем всего, где требуется электричество, посредством воздушных и подземных линий электропередач.

Энергия ветра

Ветровая электроэнергетика в промышленных масштабах возникла относительно недавно и пополнила перечень нетрадиционных способов получения электроэнергии. И это очень перспективная технология. С большой долей вероятности можно утверждать, что в отдаленном будущем ветряки будут вырабатывать столько электроэнергии, сколько необходимо человечеству. И это не пустые слова, ведь по самым скромным оценкам ученых, суммарная сила ветра на поверхности земного шара минимум в сто раз превышает мощность всех водных ресурсов.

Основной проблемой является непостоянство потоков воздуха, что влечет за собой сложности в прогнозировании выработки энергии. На огромной по площади территории России постоянно дуют ветры. И если научиться эффективно и результативно пользоваться этим неисчерпаемым ресурсом, то можно с лихвой удовлетворить все потребности тяжелой промышленности и населения страны.

Несмотря на очевидные плюсы от использования энергии ветра, объем выработки электричества ветровыми электростанциями не превышает и одного процента в общем объеме. Оборудование для этих целей стоит очень дорого, кроме того, такие объекты будут эффективны далеко не в каждом районе, а транспортировка электроэнергии на значительные расстояния сопряжена с большими потерями.

Производство электроэнергии

Получение и передача

Для начала стоит затронуть тему получения энергии. За последние 150 лет человечество сделало огромный шаг в разработке способов добычи электричества. Сегодня используются невозобновляемые источники, например, сжигание угля и газа, и возобновляемые — движения воды, ветра.

Лучшие умы планеты работают над совершенствованием возобновляемых технологий добычи, проще говоря экологически чистых источников. Ведь потребление энергии растет с каждым годом и электростанциям приходится сжигать все больше угля и газа, тем самым исчерпывая природные запасы и нанося вред экологии. Другое дело ветряк или ГЭС, для которых ветер и вода никогда не закончатся. Но КПД от них пока крайне мал.

Производство электроэнергии
Виды электростанций

Так как в большинстве стран СНГ главным поставщиком электричества в дома являются местные ТЭС (Тепловые электростанции, работающие от угля, нефти или газа), нужно рассмотреть процесс получения именно на их примере.

Вам это будет интересно Как работает схема триггера на транзисторах

Производство электроэнергии
Схема выработки энергии от сжигания полезных ископаемых на ТЭС

Как видно, процесс происходит следующим образом:

  1. Уголь и воздух подаются в топку.
  2. Жар от топки разогревает воду и превращает ее в пар.
  3. Пар под давлением подается на турбину.
  4. Мощный поток пара заставляет турбину вращаться.
  5. Вместе с турбиной начинает вращаться ротор генератора, который уже преобразует механическое движение в электричество.

Конечный смысл любой ЭС, неважно на каких источниках она работает, заключается во вращении турбины. На тепловых станциях турбину вращает пар, на ГЭС ­вода, в ветряке ветер

Ввиду дороговизны строить в каждом городе по электростанции невозможно. На деле большинство станций обеспечивают электричеством один крупный мегаполис и сотни приближенных сел, деревень и ПГТ.

Прежде чем попасть в населенный пункт, добытая энергия проходит десятки, а то и сотни километров. Тут стоит рассказать о том, каким образом ток вообще путешествует по проводам.

После выхода с генератора станции электрический ток попадает на трансформатор для повышения напряжения до 1150 кВ. Зачем это делается? Чем больше напряжение, тем меньше электричество теряет свою мощность, путешествуя по кабелю

Но, что еще немаловажно — это затраты на передачу электричества. Чем выше напряжение, тем меньшего сечения провода нужны

Чем тоньше кабель, тем меньше в нем проводящего металла. Чем меньше металла, тем он дешевле.

Производство электроэнергии
Высоковольтные линии электропередачи

Тем не менее, существует и некоторый эффект рассеивания электричества. Пока ток пройдет сотню километров, он неизбежно потеряет некоторое количество своей мощности. Так же снижение КПД зависит от силы сопротивления металла в кабеле.

Популярные статьи  Трубы для теплого водяного пола виды, особенности выбора и монтажа

Дополнительная информация. Ученые рассматривают вопрос об исключении проводов из цепочки передачи электроэнергии. Для этого планируется использовать всем знакомую технологию Wi-Fi.

Мощные сибирские ГЭС

Получение электроэнергии с гидростанций — это перспективная технология, которая позволяет минимизировать расходы, обеспечивая работу таких сооружений на протяжении многих десятков лет. Чаще всего такие энергообъекты размещаются в труднодоступных и малонаселенных местностях, что позволяет обустроить большие по своим размерам водохранилища и огромные мощные плотины.

Самыми крупными ГЭС в России считаются:

Производство электроэнергии

  • Саяно-Шушенская.
  • Красноярская.
  • Братская.
  • Усть-Илимская.
  • Богучанская.

Именно на этом энергообъекте, который находится в Хакасии на реке Енисей, в 2009 году произошла единственная крупная в России катастрофа на гидрообъекте, унеся жизни почти 100 человек. Сегодня после реконструкции и модернизации эта станция вышла на полную мощность, при этом в управляющей компании подчеркивают её полную безопасность.

Сейчас энергетика России и Поволжья изучается в рамках школьной и университетской программы. Потребуется подготовить различные доклады, в которых нужно выделить основные направления, описать состояние отрасли, научно-технический прогресс в этой сфере, а также актуальные проблемы, связанные с нехваткой мощности и пути их решения. В последние годы в стране отмечается недостаток генерации электроэнергии, поэтому строятся многочисленные ТЭС, вводятся в строй сразу несколько атомных электростанций.

Жидкое топливо из солнечной энергии

Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.

С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.

Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:

  • превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
  • с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
  • соединить водород и оксид углерода и получить метанол.

Чтобы получить нужное количество солнечного света, исследователи используют целые фермы солнечных батарей

Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.

Математические модели и методы, используемые в задачах управления ТЭС

Как известно, технологический процесс на ТС заключается в поэтапном преобразовании различных видов энергии. Технологический процесс имеет особенность — конечный продукт — электроэнергия — не подлежит складированию. Косвенным показателем соответствия между паропроизводительностью котла мощностью турбины служит давление перегретого пара.

Современные ТЭС делятся на два типа:

  1. С поперечными связями. Основной агрегат по пару и воде связаны между собой
  2. С блочной компоновкой. При таком типе основное оборудование описывается отдельным технологическим процессом в пределах каждого энергоблока.

Для описания технологических процессов и формирования критериев управления составляются математические модели

. Их изображают в форме уравнений.

В качестве объекта управления, характеризующего технологический процесс на ТЭС в целом, обычно выбирают типичный энергоблок. Технологический процесс, протекающий в таком блоке, можно представить в виде двух последовательных процессов: в паровом котле и турбогенераторе.

Как получают электроэнергию

Производство электроэнергии осуществляется из других ее видов при помощи специальных устройств. Например, из кинетической. Для этого применяют генератор – прибор, преобразующий механическую работу в электрическую энергию.

Другие существующие способы ее получения — это, например, преобразование излучения светового диапазона фотоэлементами или солнечной батареей. Или производство электроэнергии путем химической реакции. Или использование потенциала радиоактивного распада либо теплоносителя.

Вырабатывают ее на электростанциях, которые бывают гидравлическими, атомными, тепловыми, солнечными, ветряными, геотермальными и проч. В основном все они работают по одной схеме — благодаря энергии первичного носителя определенным устройством вырабатывается механическая (энергия вращения), передаваемая затем в специальный генератор, где и вырабатывается электроток.

Производство электроэнергии

Создаем трекер энергии

Лучше и эффективней всего составлять такой трекер хотя бы на неделю на одном развороте ежедневника, чтобы клеточка-ячейка для каждого конкретного дня была достаточно большой и могла вместить в себя несколько точек на разных уровнях – от энергетического спада до энергетического подъема, ведь эти перепады могут случаться несколько раз в течение суток. Если сильных перепадов нет, то можно отмечаться в трекере только раз в сутки.

Уровни энергии можно оформить по-разному. Удобнее всего сделать три пункта на разных уровнях: энергетический подъем, равновесие (отсутствие перепадов), энергетический спад. В течение дня необходимо отмечаться, если случаются подъемы и спады и если четко определили причину записывать ее возле точки.

Уровень энергии может меняться очень быстро: встреча с приятным или неприятным человеком, может встреча с манипулятором (а вы и не подозревали, что он манипулятор, пока не завели трекер), вкусный завтрак или утомительная автомобильная пробка, любимая песня по радио или годовой отчет на работе, и так далее, и так далее…

Чаще всего мы даже не осознаем, что именно послужило причиной энергетического спада или подъема. Именно поэтому резкие перепады нужно отмечать, чтобы потом анализировать их и стремиться исключительно к тому, что дарит энергию, а того, что ее отнимает, избегать. Разумеется, вы не всегда сможете уйти от семейных или рабочих дел, но всегда можно придумать способ облегчить процесс, сделать его интересней и проще, делегировать часть обязанностей, и так далее.

Популярные статьи  Как выбрать гидромассажную ванну простые ответы на сложные вопросы

Кроме того, очень важно вести трекер энергии совместно с трекерами сна, питания, мыслей, настроения, финансов, физической активности и общим трекером привычек. Тогда вам будет проще найти зависимость энергетических перепадов от событий вашей жизни

Ядерная электроэнергетика

Производство электроэнергии

Как и в предыдущем случае, при рассмотрении ядерной электроэнергетики можно многое почерпнуть уже из названия. Выработка электроэнергии в данном случае производится на атомных реакторах, где происходит расщепление атомов и деление их ядер – в результате этих действий происходит большой выброс энергии, которая затем и трансформируется в электрическую. Вряд ли кому-то еще неизвестно, что это самая небезопасная электроэнергетика. Промышленность далеко не каждой страны имеет свою долю в мировом производстве ядерной электроэнергии. Любая утечка из такого реактора может привести к катастрофическим последствиям – достаточно вспомнить Чернобыль, а также происшествия в Японии. Однако в последнее время безопасности уделяется все больше внимания, поэтому атомные электростанции строятся и дальше.

Освещение России

Русские ученые внесли огромный практический вклад в историю развития электричества, начиная с М. В. Ломоносова. Многие их идеи были заимствованы европейскими коллегами, однако в плане внедрения изобретений в практическую работу на пользу людям Россия всегда опережала другие страны.

Производство электроэнергии

Весной 1883 года на Софийской набережной построили электростанцию и успешно провели праздничное освещение центра города, приуроченное к церемонии коронации нового императора — Александра ІІІ.

В этом же году был полностью электрифицирован центр Петербурга и его сердце — Зимний дворец. Небольшой отдел при техническом обществе вырос за пару лет в Ассоциацию электроосвещения Российской империи, стараниями которой было проведено множество работ по установке фонарей на улицах Москвы и Петербурга, включая отдаленные районы. Всего через два года по всей стране начнут строить электростанции, и население России окончательно встанет на путь прогресса.

Экономика

Выбор режимов производства электроэнергии и их экономическая жизнеспособность варьируются в зависимости от спроса и региона. Экономика во всем мире значительно различается, что приводит к широко распространенным ценам продажи жилья, например, цена в Исландии составляет 5,54 цента за кВтч, а в некоторых островных государствах — 40 центов за кВтч. Гидроэлектростанции , атомные электростанции , тепловые электростанции и возобновляемые источники имеют свои плюсы и минусы, и выбор основан на местной потребности в электроэнергии и колебаниях спроса. Все электрические сети имеют разные нагрузки, но дневной минимум — это базовая нагрузка, часто обеспечиваемая установками, которые работают в непрерывном режиме. Базовую нагрузку могут обеспечивать атомные, угольные, нефтяные, газовые и некоторые гидроэлектростанции. Если затраты на строительство скважин для природного газа ниже 10 долларов за МВтч, производство электроэнергии из природного газа будет дешевле, чем выработка энергии путем сжигания угля.

Тепловая энергия может быть экономичной в районах с высокой промышленной плотностью, поскольку высокий спрос не может быть удовлетворен за счет местных возобновляемых источников. Влияние локального загрязнения также сводится к минимуму, поскольку предприятия обычно расположены вдали от жилых районов. Эти установки также могут выдерживать колебания нагрузки и потребления за счет добавления дополнительных единиц или временного уменьшения производства некоторых единиц. Атомные электростанции могут производить огромное количество энергии из одного блока. Однако ядерные катастрофы вызвали озабоченность по поводу безопасности ядерной энергетики, а капитальные затраты на атомные станции очень высоки. Гидроэлектростанции расположены в районах, где потенциальная энергия падающей воды может быть использована для движения турбин и выработки электроэнергии. Это не может быть экономически жизнеспособным единственным источником производства, где способность удерживать поток воды ограничена, а нагрузка слишком сильно меняется в течение годового производственного цикла.

Благодаря достижениям в технологии и массовому производству возобновляемые источники, помимо гидроэлектроэнергии (солнечная энергия, энергия ветра, приливная энергия и т. Д.), Испытали снижение себестоимости производства, и теперь энергия во многих случаях становится такой же дорогой или менее дорогой, чем ископаемое топливо. Многие правительства по всему миру предоставляют субсидии, чтобы компенсировать более высокую стоимость любого нового производства электроэнергии и сделать установку систем возобновляемой энергии экономически целесообразной.

Заключение

Как видите, энергоснабжение дома, предприятия, школы и больницы – это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Благодаря развитию современных технологий можно быть полностью обеспеченным, даже если дом находится в сотнях километрах от ближайших более-менее крупных поселений. Например, где-то в тайге. Хотя, полностью ними все не обеспечено. Например, больницы, стационары и реанимации могут иметь резервные источники обеспечения. Но как правило, это не рассчитанные на длительное использование бензиновые и дизельные генераторы. Это хороший пример гения человечества, но не самое лучшее, на что только можно рассчитывать. Вот только для общественной инфраструктуры новые технологии пока не по карману.

Оцените статью
Максим Мальцев
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Производство электроэнергии
Как изготовить тепловой насос Френетта своими руками