 |
§ 32. Производство, передача
|
|
|
|
§ 32. Производство, передача
и потребление электрической энергии
 |
Мы не раз говорили о том, какую исключительно важную роль в жизни современного общества играет электрическая энергия.
Источники энергии
Генерация
Электроэнергетика
Передача
Сбыт
электроэнергии
Потребители энергии
Рис. 5. 1. Технология производства, передачи, распределения и использования электрической энергии
Широкое применение электроэнергии обусловлено прежде всего тем, что получение её осуществляется с помощью несложных по кон- струкции устройств; возможна быстрая и экономичная передача элек- троэнергии на большие расстояния; она легко преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую).
Рассмотрим кратко технологии производства, передачи, распреде- ления и использования электрической энергии (рис. 5. 1).
Электрический ток производят на электростанциях. Основой каж- дой электростанции является генератор, который приводит в действие турбина. В зависимости от того, каким образом приводится во враще-
184
ние турбина, различают тепловые электростанции, гидроэлектростан- ции, атомные, солнечные, ветровые, приливные, геотермальные элек- тростанции и т. д.
Тип электростанции определяется видом используемых энергоре- сурсов. Энергоресурсы подразделяют на первичные и вторичные, воз- обновляемые и невозобновляемые.
Первичные энергоносители — это сырьё до проведения какой-ли- бо технологической обработки, например каменный уголь, нефть, при- родный газ и урановая руда. Вторичные энергоносители — это про- дукты переработки первичных, например бензин, мазут, ядерное топ- ливо.
|
|
|
Энергоресурсы, которые могут относительно быстро восстановить- ся в природе, называются возобновляемыми. К ним относятся дрова, камыш, торф и прочие виды биотоплива, гидропотенциал рек. Ресурсы, не обладающие таким качеством, называются невозобновляемыми. По большей части невозобновляемые ресурсы являются полезными ис- копаемыми, это уголь, сырая нефть, природный газ, нефтеносный сла- нец, урановая руда. Энергия Солнца, ветра, морских приливов отно- сится к неисчерпаемым возобновляемым энергетическим ресурсам.
Основным типом электрических станций в России являются тепло- вые (ТЭС). На них вырабатывается около 80% электрической энергии.
Тепловая электрическая станция имеет три основных элемента: па- ровой котёл, паровую турбину и генератор электрической энергии (рис. 5. 2). В топку котла подаётся топливо (уголь, природный газ, ма- зут), где при его сгорании вода нагревается до кипения и превращается в пар. Пар из котла под давлением подаётся на лопасти паровой турби- ны и приводит во вращение её ротор. Таким образом, энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, которая преобразуется в меха-
Рис. 5. 2. Тепловая электростанция
Рис. 5. 3. Гидроэлектростанция
ническую энергию вращения турбины. Механическая энергия ротора турбины посредством вала передаётся электрическому генератору, где и превращается в электрическую энергию. Все эти энергетические пре образования происходят со значительными потерями, и коэффициент полезного действия тепловой электростанции равен примерно 40%. В целях повышения КПД тепловых электрических станций осущест вляют предварительный отбор пара в турбинах для снабжения потреби телей горячей водой. Это даёт возможность повысить общий КПД те пловой электростанции до 60%. Такие станции называют теплоэлек- троцентралями (ТЭЦ).
|
|
|
Гидроэлектрические станции (ГЭС) строят на реках (рис. 5. 3). Для их работы необходима разность уровней водного потока, что обыч но достигается созданием плотины и водохранилища.
Гидроэлектростанция имеет три основных элемента: плотину, ги дравлическую турбину, электрический генератор с вертикальным ва лом. Вода с верхнего уровня по каналу поступает на лопатки ротора тур бины и приводит его во вращение. При этом кинетическая энергия вод ного потока в турбине преобразуется в механическую энергию ротора турбины, которая и передаётся электрическому генератору вертикаль ным валом.
Атомные электростанции (АЭС) относятся также к тепловым электрическим станциям (рис. 5. 4), но у них паровой котёл заменён атомным реактором. Источником первичной энергии в реакторе явля ется ядерная энергия, освобождаемая при делении ядер урана. Теплота,
Рис. 5. 4. Атомная электростанция
выделяемая в активной зоне реактора теплоносителем (вода, газ или жидкий металл), по трубопроводу передаётся в парогенератор. Цирку- ляция теплоносителя обеспечивается насосом. В парогенераторе тепло- носитель омывает трубы змеевика, в котором вода нагревается и пре- вращается в пар. Пар по трубе поступает в турбину, которая вращает ротор генератора.
Все перечисленные электрические станции в процессе производ- ства электрической энергии отрицательно влияют на окружающую сре- ду, хотя и в разной степени. Тепловые электрические станции при сжи- гании топлива выбрасывают в атмосферу вредные продукты сгорания топлива (оксиды углерода, серы, азота), которые пагубно действуют на животный и растительный мир и могут являться причиной кислотных дождей, которые уничтожают урожаи. При этом в атмосферу выбрасы- вается двуокись углерода, что приводит к усилению парникового эф- фекта и изменению климата на Земле.
Кроме того, 60% первичной энергии топлива превращается в тепло- ту и рассеивается в окружающем пространстве.
Атомные электрические станции не имеют газовых выбросов, но несут в себе опасность возможности утечки радиоактивных веществ и повышения радиоактивного фона в окружающей среде. Большие трудности возникают с захоронением отработанного топлива. Особен- но опасны аварии на атомных электрических станциях. Тепловые же выбросы у этих станций аналогичны выбросам станций на органиче- ском горючем (угле, торфе и т. д. ).
|
|
|
На гидроэлектростанциях преобразование первичной энергии в электрическую не оказывает вредного воздействия на воздушную среду. Но создание плотин ведёт к обширному затоплению лучших поймен- ных земель, и тем самым наносится огромный вред сельскому хозяй-
Рис. 5. 5. Схема передачи электроэнергии
ству. Строительство плотин нарушает проход рыбы на нерест и ведёт к сокращению рыбных богатств, а создание водохранилищ перед пло тинами нарушает микроклимат в прилегающем районе.
Экологически чистыми можно считать солнечные преобразователи энергии, в которых солнечная энергия непосредственно превращается в электрическую. Но, к сожалению, эти станции пока имеют экспери ментальный характер.
Ещё одна проблема, которая возникает при работе электростан ций, — истощение природных ресурсов. Человечество работает над тем, чтобы отказаться от электростанций, работающих на невозобновляе мых ресурсах, таких как уголь, нефть и другие виды топлива, и исполь зовать электростанции на возобновляемых ресурсах: солнечной энер гии, энергии ветра, геотермальных источников, приливов и т. п.
Электроэнергию, выработанную на электростанции, необходимо передать потребителю. Вам хорошо известно, что электрическая энер гия поступает к потребителям по проводам линий электропередачи или по кабелю. Передаётся электрическая энергия на большие расстояния при высоком напряжении, в десятки тысяч раз превышающем напряже ние у вас дома. Преобразуется напряжение до необходимых значений на трансформаторных подстанциях (рис. 5. 5).
Назвать потребителей электрической энергии для вас не составит труда, это тепловые, осветительные и другие бытовые приборы, про мышленные и транспортные предприятия.
 |
? Вопросы и задания
1. Какие виды электростанций вам известны? 2. Узнайте, какая электро- станция снабжает электроэнергией вашу квартиру (дом). Опишите принцип её работы. Объясните, почему электростанция именно этого типа построена в вашем районе. 3. Какие электробытовые приборы используются у вас дома; в школе? 4. Какими видами электротранспорта вы пользуетесь?
|
|
|
Задание 1
Найдите в Интернете и других источниках информации характеристики современных тепловых и атомных электростанций, солнечных и ветроэлек- тростанций, гидроэлектростанций. Составьте сравнительную таблицу.
Задание 2
Сделайте фотоальбом «Путь электрического тока от электростанции до квартиры», используя собственные фотографии и иллюстрации, найденные в Интернете.
|
|
|
