Откуда берется электричество? | ТГК-1

Наверное, каждому пользователю в душе интересно, откуда берутся эти самые электроны в электрической лампочке. Все знают — вырабатываются на ГЭС, ТЭЦ, с атомных станций. Меньше людей слышали о солнечных, ветряных, геотермальных, приливных станциях, ещё меньше — о ГРЭС (государственные районные электрические станции), и ГАЭС. И уж совсем мало кто знает, как это оказывается сложно — управлять электричеством.

В чём сложность? И вот тут в двух словах не объяснить — приходится лезть в дебри энергетики. А знать стоит, потому что именно из этих знаний складывается самая волнующая нас интрига — цена за киловатт.

Первая хитрость — электричество нельзя запасти «на завтра», и приходится ориентироваться на текущую выработку, а потери при транспортировке высоки — поэтому энергетики вынуждены приспосабливаться буквально на каждом шагу: использовать низкий ток, менять сечения проводов, использовать повышающие и понижающие трансформаторы, дозировать электроэнергию дополнительными станциями.

Мало того, трудности возникают и в частном порядке — есть пики и провалы в энергопотреблении, а тяжесть проводов может не выдержать погодных условий — например, снегопада. Вот почему земля буквально опутана проводами разных сортов — электричество нужно всем и каждому, желательно — бесплатно, а подать его в нужной мощности и за деньги не легко.

Вот пример. Генератор может выдавать только столько мощности, сколько может потребить потребитель. Если даже генератор имеет установленную мощность на 100 МВт, то он не сможет ее набрать, если нет соотвестствующей нагрузки. Как частный случай – выдаст, но с отклонением от принятой частоты в 50Гц, что сделает невозможным использовать такую электроэнергию, а это — невосполнимые затраты.

Всё начинается именно с генератора — это чудесное устройство невообразимым, но легко объяснимым физикой способом вырабатывает с помощью силы воды поток электронов, которые начинают своё экстравагантное путешествие по проводам — к чайнику.

ГЭС преобразует механическую энергию воды в электрическую — в этом она, кстати, самая экологичная. Вода «давит» на лопасти рабочего колеса, которое на одном валу с генератором. Чем больше напор – тем больше давление. Генератор представляет из себя ротор и статор. Статор – неподвижная часть с обмоткой. Ротор вращается в электрическом поле статора, возникает Электродвижущая сила (ЭДС). С выводных устройств идет съем электроэнергии — это описание принципа работы любого генератора.

Но вот в чём чудо — в этом «пахтании океана» появляются электроны, и они не одиноки. Есть ещё электрически заряженные частицы, квази частицы. Электроны в проводах можно сравнить с рыбами в воде: проводники для них — среда обитания. В диэлектриках жизни нет)

Трансформаторами мощность и понижают, и повышают, и что там происходит с частицами — можно представить. И через поля проходят — правда, магнитные; притягиваются и отталкиваются, исчезают — и возникают! В путешествиях по подстанциям могут менять и вид энергии, и форму. Двигаются с небольшой скоростью, но по отношению с неподвижными собратьями находятся на границе, которая уже имеет скорость света… У электронов море приключений прежде, чем они постучатся в ваш дом.

Поздороваться с электронами нельзя, как и поговорить. По сути они — просто другая форма жизни, которую нам по счастливой случайности или глубокой закономерности удалось приручить — как оленей, кошек, окучить картошку. С этой точки зрения наше существование на планете явление столь же необычное и интересное, как и бег электронов.

Но вернёмся на Землю. Для нас важно – уровень напряжения, частота электрического тока в сети. Суточная неравномерность потребления регулируется автоматикой: у системного оператора стоит основной управляющий блок станциями, которые в этой системе состоят. Генераторы например работают в системе ГРАМ – «групповое регулирование активной мощности». Система распределяет нагрузку оптимально для каждого генератора. Естественно, стараются применять типовые генераторы. Тогда случае изменения нагрузки потребителем система ГРАМ загружает или разгружает генераторы за секунды.

Есть еще система АРЧМ – «автоматическое регулирование частоты и мощности». Это специальная программа, которая воздействует на управление регуляторами скоростей. Ее задача – держать заданные показатели в норме. Допустим, задано держать переток из Кольской энергосистемы в Карельскую мощность в 500 МВт. И вдруг «отваливается» какой-то крупный потребитель на 50 МВт. Значит, система АРЧМ должна воздействовать на некоторые управляющие элементы и где-то в энергосистеме снизить  их мощность.

Система действует в течении секунд. В пределах 10 секунд обычно устраняется возмущение. При очень крупных дисбалансах установка равновесия может занимать 1-2 минуты.

То есть ГРАМ управляет в масштабе одной станции, а АРЧМ управляет станциями. К сожалению, и это не всегда эффективно. Допустим, маленькая станция, 6 МВт. А потребитель в нашем примере «отвалился» на 50 МВт. Что там регулировать?

Потому АРЧМ стараются ставить на больших станциях, например, на Верхнетуломской ГЭС, на Серебрянских, на Териберке. На Княжегубской ГЭС. Каждая система управления это немалые расходы на монтаж и содержание, хоть процессы и автоматизированы. И всё это — только начальные дебри! 

КАК ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

КАК ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

Верходанов И.А. 1

---

1

Литвиновская Н.Ю. 1

---

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Электричество имеет большое значение в нашей жизни. Почти все, что нас окружает, работает на электричестве. Например, бытовая техника у нас дома: телевизоры, стиральные машины, холодильники, компьютеры, лампочки для освещения. На улице за счет электрического тока ездят троллейбусы, трамваи, электрички, и, даже машины, используют электричество для управления и освещения дороги фарами. На заводах на электричестве работают станки, печи и другие сложные механизмы.

Так откуда же берется электричество, которое поступает к нам в дом по проводам?

В своей работе я изучу, как вырабатывается электричество на электростанциях: ТЭЦ, АЭС, гидроэлектростанция, ветроэлектростанция. Как по электрическим проводам, закрепленным на специальных опорах, электричество направляется в город, затем в каждый дом, в каждую квартиру.

В экспериментальной части докажу, как «маленький» генератор вырабатывает ток, которого будет достаточно для освещения домика.

Тема «Как получают электричество» мне особенно интересна, потому что, чтобы изготовить макеты, надо паять настоящие схемы.

Цель исследования: изучение возникновения электричества.

Задачи исследования:

1. Изучить, как появляется электричество за счет преобразования энергии воды, ветра, солнца и газа.

2. Понять, как устроен генератор, который вырабатывает электричество.

3. Рассмотреть, как устроена батарейка (переносной источник энергии).

4. Провести эксперименты: подключить игрушечный домик к генератору, который будет вырабатывать электрический ток, чтобы включить в домике освещение. Затем, таким же образом включить вентилятор.

5. Изготовить самодельную батарейку из соленой воды и металлических пластинок.

Содержание работы:

Первое, что необходимо сделать: проанализировать учебную литературу. Из нее я узнал следующее: Электричество вырабатывается на электростанциях, затем по электрическим проводам, закрепленным на специальных опорах, направляется в город, затем в каждый дом, в каждую квартиру.

Электростанции

Электричество вырабатывается на электростанциях за счет преобразования энергии воды, ветра, солнца и газа в электрическую энергию (рис.1).

а б

в г

Рис.1 Электростанции: а – теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), б — атомная электростанция, в – гидроэлектростанция, г – ветроэлектростанции.

Теплоэлектроцентраль (рис.1а), одна из самых распространенных станций, дает городу не только электричество, но и тепло для отопления домов зимой. Таких станций построено очень много. Как она работает? В большой печке сжигают газ, тот самый газ, на котором мы готовим еду в кухне, см. схему на рис.2. Газ нагревает котел с водой. Вода, нагреваясь, превращается в пар. Пар вращает турбину, а она в свою очередь вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город. Дым от сгоревшего газа выходит в трубу, а пар охлаждаясь в градирне, превращаясь обратно в воду, возвращается в котел. Зимой эта горячая вода направляется в наши дома, для отопления квартир. Теперь мы видим, что механическая энергия вращения, превращается в электрическую энергию, в генераторе . [1, 4]

Рис.2. Схема работы ТЭЦ

Атомная электростанция (АЭС) сложнее предыдущей электростанции, см. рис.1б. Их меньше у нас в стране. Все дело в том, что в них не сжигают газ, а используют тепло от ядерной реакции (рис. 3). Получение такой ядерной энергии очень сложный процесс. На АЭС внутри реактора циркулирует обычная вода, очищенная от всех примесей. Реактор запускается, когда из его активной зоны извлекаются стержни, поглощающие нейтроны. Во время цепной реакции высвобождается большая тепловая энергия. Вода, циркулируя через активную зону, омывая топливные элементы, нагревается до 320

0С. Проходя внутри теплообменных трубок парогенератора, вода первого контура отдает тепло воде второго контура, не соприкасаясь с ней, что исключает попадание радиоактивных веществ за пределы реакторного зала. В остальном схема точно такая же, как и предыдущая. Вода второго контура превращается в пар. Пар с бешеной скоростью вращает турбину, а турбина приводит в движение электрогенератор, который вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город [1, 4].

Рис. 3 Схема работы АЭС

Гидроэлектростанция есть у нас в Перми (рис.1-в). В таких электростанциях используют энергию падающей воды. Для этого — строят поперек реки плотину. С ее высоты вода падает вниз и вращает турбину, а турбина вращает генератор, который вырабатывает электричество. Схема работы гидроэлектростанции показана на рис.4 [1, 4].

Рис. 4 Схема работы гидроэлектростанции

Ветроэлектростанции используют энергию ветра (рис.1-г). Такие электростанции не очень мощные. Ветер вращает лопасти вентилятора, похожие на лопасти самолета, только очень большие. А они уже вращают генератор (рис.5) [4].

Рис. 5 Схема работы ветроэлектростанции

Есть и другие электростанции, в которых ничего не вращается, и в них нет генератора. Это солнечные электростанции [4]. Энергия солнечного света преобразуется в электрическую в солнечных панелях, изготовленных из специального материала, который под воздействием солнечной энергии начинает вырабатывать электрический ток (рис.6).

Рис. 6 Схема работы солнечной электростанции

Устройство генератора

Так как же устроен генератор, который вырабатывает электричество?

Все мы знаем, что такое магнит, любой с ним сталкивался и играл. Магнит притягивает к себе металлические предметы. Магниты бывают разные: большие и маленькие, сильные и слабые [1].

Если в магнитное поле поместить рамку, сделанную из электрического провода, закрепить ее так, чтобы можно было вращать за ручку, то получится простейший генератор [1, 3]. Если вращать рамку, в ней возникнет электрический ток. И, если ток будет достаточно мощный, то им можно будет зажечь электрическую лампочку (рис.7). В настоящих генераторах используют вместо рамки очень длинный провод, намотанный на специальные катушки и за счет этого, генераторы получаются очень мощные.

Рис.7 Схема устройства генератора

Но что будет, если к генератору подвести электрический ток?

Если к генератору подвести электрический ток, то рамка начнет сама вращаться, то есть произойдет обратный эффект (рис.8). Такие устройства называются электродвигатели [1, 3]. Они так же бываю большими и маленькими, мощными и слабыми.

Рис.8 Схема устройства двигателя

Что делать, если источник энергии нужен переносной, а не связанный с розеткой проводами? Для этого существуют, всем нам знакомые, батарейки.

Батарейки

Батарейка

— это, емкость в которой происходит химическая реакция. Самая простая батарейка состоит из цинкового стаканчика, графитового стержня и электролита между ними (рис.9).

Рис.9 Устройство батарейки

В процессе использования батарейки, химическая реакция разрушает ее изнутри и батарейка «садится», то есть разряжается. Чем больше мы нагружаем батарейку, тем сильнее химическая реакция и тем быстрее она разрядится [1, 2].

Самую простую батарейку можно изготовить дома [2]. Для этого необходимо взять два разных «металла»: гвоздик и монетка — это будут электроды (рис.10), а в качестве электролита можно использовать лимон.

Рис.10 Самодельная батарейка

Но надо учесть, что такая батарейка будет очень слабая и ее не хватит даже для того, чтобы загорелась лампочка. То, что электричество появилось, мы видим только на приборе, который называется вольтметр.

Еще самодельную батарейку можно изготовить из соленой воды и металлических пластинок (рис.11). Ее устройство очень простое. Имеется три баночки, наполненные простой соленой водой. В каждую из них опускаем по два электрода, изготовленных из металлических пластинок. Одна пластинка покрыта медью, а вторая — цинком.

Рис. 11 Самодельная батарейка

Вот такую батарейку я и продемонстрирую в экспериментальной части моей работы. А также проведу другие эксперименты: подключу игрушечный домик к генератору, который будет вырабатывать электрический ток, чтобы включить в домике освещение. И докажу следующее: механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, в генераторе.

Экспериментальная часть:

В первом эксперименте я подключу игрушечный домик к маленькой электростанции (рис.12). Буду вращать ручку, и маленький генератор будет вырабатывать ток, которого хватит, чтобы в домике заработало освещение.

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 90х170 мм, 70х165 мм, розетка, механизм от фонарика, провода, вилка, лампочки (5 шт.), клей.

Рис. 12 Первый эксперимент

Во втором эксперименте я подключу к электростанции вентилятор (рис.13). Мы увидим, как механическая энергии вращения в генераторе, преобразуется в электрическую, бежит по проводам к вентилятору, и в его двигателе, преобразуется обратно в энергию вращения.

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 95х210 мм, 70х165 мм, розетка, провода, вилка, клей, вентилятор, электродвигатель.

Рис.13 Второй эксперимент

В третьем эксперименте я подключу к батарейкам, по-очереди, все тот же домик и вентилятор (рис.14-а,-б).

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 95х210 мм, 70х165 мм, 90х170 мм, розетка, провода, вилка, клей, вентилятор, электродвигатель, лампочки (5 шт.), батарейки.

а б

Рис.14 Третий эксперимент

В следующем – четвертом эксперименте я продемонстрирую самодельную батарейку (рис.15-а). Берем баночки заполненные соленой водой. В каждую из них опускаем по два электрода, изготовленные из металлических пластинок. Одна пластинка покрыта медью, а вторая цинком.

Материалы для изготовления макета: картон Ø 20 мм, часовой механизм, лампочка (1 шт.), провода, три баночки с соленой водой, деревянная фанерка 75х330 мм для основания, медные и цинковые пластинки длиной 75 мм, клей.

а б

Рис.15 Четвертый эксперимент

Энергии этих трех батареек хватило, чтобы загорелась лампочка и пошли часы (рис.15-б).

Выводы

В своей работе я рассмотрел, как работают: ТЭЦ, АЭС, гидроэлектростанция, ветроэлектростанция. Схема работы ТЭЦ и АЭС в целом похожи: нагревается котел с водой, вода превращается в пар. Пар вращает турбину, а турбина вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город. В одном случае сжигают газ, а, во втором — используют тепло от ядерной реакции. В гидроэлектростанциях используют энергию падающей воды для вращения турбины, а турбина вращает генератор, который вырабатывает электричество. В ветроэлектростанциях ветер вращает лопасти вентилятора, а они уже вращают генератор.

Во всех электростанциях реализуется следующее: механическая энергия вращения превращается в электрическую энергию, в генераторе. Но есть и другие электростанции, в которых ничего не вращается, и, в них нет генератора. Это — солнечные батареи. Они изготовлены из специального материала, и, под воздействием солнца вырабатывают электрический ток.

Далее в работе я рассмотрел устройство батарейки — переносного источника энергии. И как можно самую простую батарейку изготовить дома.

В практической части я провел несколько экспериментов. В первом эксперименте подключил игрушечный домик к «маленькой электростанции». «Маленький» генератор вырабатывает ток, которого достаточно для включения в доме электричества. Во втором — подключил к электростанции вентилятор. Механическая энергия вращения в генераторе, преобразуется в электрическую, бежит по проводам к вентилятору, и в его двигателе, преобразуется обратно в энергию вращения. В третьем эксперименте я подключил к батарейкам, по очереди, все тот же домик и вентилятор. В четвертом эксперименте я продемонстрировал самодельную батарейку. В каждую из трех баночек с соленой водой опустил по два электрода, изготовленные из металлических пластинок из меди и цинка.

В проведенных двух экспериментах, я подтвердил и наглядно продемонстрировал следующее: механическая энергия вращения в генераторе, преобразуется в электрическую. А также изготовил самодельную батарейку, энергии которой хватило, чтобы загорелась лампочка и пошли часы.

Но, у меня остались вопросы, на которые мне предстоит найти ответы:

Как протекает ядерная реакция? Какие АЭС есть у нас в стране? А еще мне интересно почему произошла авария в Чернобыле.

О, сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух,

И опыт – сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг.

А.С. Пушкин

Список литературы

1 Ю.И. Дик, В. А. Ильин, Д.А. Исаев и др. /Физика: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Издательство «Дрофа», 2000 год.

2 «Энциклопедия для детей от А до Я» / Издательство «Махаон», Москва, 2010.

3 А.А. Бахметьев/ Электронный конструктор «Знаток»/ Практические занятия по физике. 8, 9, 10, 11 классы.// Москва, 2005 год.

4 Получение и использование электрической энергии: [электронный ресурс] // Мир знаний. URL: http://mirznanii.com/info/id-9244

Просмотров работы: 10084

Волновая электростанция | Ассоциация «НП Совет рынка»

Полезные разделы

Волновая электростанция

Волновая электростанция

Волновая электростанция —   являются одними из самых чистых, безотходных и безопасных источников электроэнергии. На сегодняшний день, данный вид энергии используется весьма мало, не более 1% от всего производимого электричества в мире. Сегодня подсчитано, что за счет энергии океанских волн возможно получение до 10 млрд. кВт. электроэнергии.Для производства электроэнергии используются две основные характеристики волн: кинетической энергия, и энергии поверхностного качения. Именно эти факторы и пытаются использовать при строительстве волновых электростанций.Для использования кинетической энергии волн, на их пути ставится труба очень большого диаметра. Поступающие в нее волны вращают лопасти турбины, которая и приводит в движение генератор. В другом случае, поступающая вода выталкивает из замкнутого пространства трубы, находящийся там воздух. Далее выработка энергии происходит по обычному принципу. Выходящий воздух вращает лопасти турбины. Наиболее совершенные волновые электростанции, для выработки электроэнергии применяют оба этих способа.При использовании энергии волнового качения, электроэнергия вырабатывается посредством расположенных на поверхности воды поплавков. Качая их, волны приводят в движение систему поплавок-генератор, что приводит в конечном итоге к выработке энергии.Ученые пытаются еще больше усовершенствовать их конструкцию, разрабатывая новые технические решения. К примеру, в Австралии строится очень перспективная волновая электростанция.Она представляет собой гигантскую параболическую камеру шириной около более 30 метров. Для сравнения, 30 метров ? это высота 10-ти этажного жилого дома. Под действием попадающей в трубу воды, образуются очень мощные потоки воздуха, которые приводят в движение турбину. Что характерно, конструкция камеры такова, что турбина вращается при движении воздуха в любом на правлении: в камеру или обратно. Ожидается, что это будет первая в мире коммерчески выгодная волновая электростанция.По оценкам современных ученых, мировой океан может «предоставить» нам до двух тераватт электроэнергии. Этого вполне достаточно, чтобы удовлетворить все потребности человечества в электричестве, имеющиеся в настоящее время.Дорогой вариант волновой электростанции, разработанный ирландскими учеными, по их заявлению должен быть в три раза эффективнее всех своих предшественников. Она работает по следующему принципу: на длинной цепи расположен заякоренный буй. Его движение посредством специальной системы преобразуется в электрическую энергию. Новизна заключена в том, что электростанция оснащена механизмом, который автоматически подстраивает длину цепи под постоянно меняющийся уровень воды.Однако наиболее удачной конфигурацией волновых электростанций, использующих энергию поверхностного качения, считаются линейно сочлененные поплавки различной длины расположенные на поверхности воды. Такие электростанции уже построены и работают в водах морей возле Португалии и Англии.  

СМИ: китайская ГЭС Байхэтань начала вырабатывать электроэнергию — Экономика и бизнес

ПЕКИН, 28 июня. /ТАСС/. Первые энергоблоки второй крупнейшей в мире гидроэлектростанции Байхэтань, расположенной на реке Цзиньша (приток Янцзы на стыке юго-западных провинций Сычуань и Юньнань), введены в эксплуатацию в понедельник. Об этом сообщило Центральное телевидение Китая.

«28 июня в 09:36 по местному времени (04:36 мск) <…> первые блоки гидроэлектростанции Байхэтань на реке Цзиньша официально введены в эксплуатацию для выработки электроэнергии», — сообщает телеканал. Как отмечается, полностью ГЭС будет введена в эксплуатацию в 2022 году.

Председатель КНР Си Цзиньпин приветствовал введение в эксплуатацию в понедельник первых энергоблоков гидроэлектростанции Байхэтань, расположенной на реке Цзиньша (приток Янцзы на стыке юго-западных провинций Сычуань и Юньнань). Текст поздравительной телеграммы опубликовало агентство «Синьхуа».

«Я хочу тепло поздравить по случаю безопасного и своевременного введения в эксплуатацию первой партии энергоблоков гидроэлектростанции Байхэтань на реке Цзиньша», — говорится в телеграмме.

По словам Си Цзиньпина, Байхэтань — крупнейший национальный проект, который будет содействовать «переброске электроэнергии с запада на восток КНР». Он также отметил, что это крупнейший из строящихся в мире и сложнейший с технической точки зрения проект в сфере гидроэнергетики. Председатель КНР выразил надежду на то, что все задействованные в работе гидроэлектростанции сотрудники будут и дальше координировать и продвигать работу ГЭС в целях «зеленой» трансформации социально-экономического развития страны.

Китай приступил к строительству гидроэлектростанции Байхэтань в 2017 году. В мае этого года было объявлено о его завершении. Согласно проекту, общая установленная мощность ГЭС составит 16 ГВт. Среднегодовая выработка ГЭС составит 62,4 млрд кВт/ч. Крупнейшей в мире ГЭС является китайская электростанция «Три ущелья» («Санься»), расположенная на реке Янцзы (провинция Хубэй, Центральный Китай). Ее установленная мощность составляет 22,5 ГВт.

Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина

Балаковская АЭС
№1	ВВЭР-1000	В эксплуатации	г. Балаково, Саратовская обл.	1000	28.12.1985
№2	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	08.10.1987
№3	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	24.12.1988
№4	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	04.11.1993
Белоярская АЭС
№1	АМБ-100	Остановлен для вывода из эксплуатации	г. Заречный, Свердловская обл.	100	26.04.1964
№2	АМБ-200	Остановлен для вывода из эксплуатации		200	29.12.1967
№3	БН-600	В эксплуатации		600	08.04.1980
№4	БН-800	В эксплуатации		800	01.11.2016
Билибинская АЭС
№1	ЭГП-6	Остановлен для вывода из эксплуатации	г. Билибино, Чукотский АО	12	12.01.1974
№2	ЭГП-6	В эксплуатации		12	30.10.1974
№3	ЭГП-6	В эксплуатации		12	22.12.1975
№4	ЭГП-6	В эксплуатации		12	27.12.1976
Калининская АЭС
№1	ВВЭР-1000	В эксплуатации	г. Удомля, Тверская обл.	1000	09.05.1984
№2	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	11.12.1986
№3	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	16.12.2004
№4	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	24.11.2011
Кольская АЭС
№1	ВВЭР-440	В эксплуатации	г. Полярные Зори, Мурманская обл.	440	29.06.1973
№2	ВВЭР-440	В эксплуатации		440	08.12.1974
№3	ВВЭР-440	В эксплуатации		440	24.03.1981
№4	ВВЭР-440	В эксплуатации		440	11.10.1984
Курская АЭС
№1	РБМК-1000	В эксплуатации	г. Курчатов, Курская обл.	1000	19.12.1976
№2	РБМК-1000	В эксплуатации		1000	28.01.1979
№3	РБМК-1000	В эксплуатации		1000	17.10.1983
№4	РБМК-1000	В эксплуатации		1000	02.12.1985
Курская АЭС-2
№1	ВВЭР-ТОИ	Сооружается		1255
№2	ВВЭР-ТОИ	Сооружается		1255
Ленинградская АЭС
№1	РБМК-1000	Остановлен для вывода из эксплуатации	г. Сосновый Бор, Ленинградская обл.	1000	21.12.1973
№2	РБМК-1000	Остановлен для вывода из эксплуатации		1000	11.07.1975
№3	РБМК-1000	В эксплуатации		1000	07.12.1979
№4	РБМК-1000	В эксплуатации		1000	09.12.1981
Ленинградская АЭС-2
№1	ВВЭР-1200	Сооружается	г. Сосновый Бор, Ленинградская обл.	1200
№2	ВВЭР-1200	Сооружается		1200
Нововоронежская АЭС
№1	ВВЭР-210	Остановлен для вывода из эксплуатации	г. Нововоронеж, Воронежская обл.	210	30.09.1964
№2	ВВЭР-365	Остановлен для вывода из эксплуатации		365	27.12.1969
№3	ВВЭР-440	Остановлен для вывода из эксплуатации		440	27.12.1971
№4	ВВЭР-440	В эксплуатации		440	28.12.1972
№5	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	31.05.1980
Нововоронежская АЭС-2
№1	ВВЭР-1200	В эксплуатации	г. Нововоронеж, Воронежская обл.	1200	27.02.2017
№2	ВВЭР-1200	В эксплуатации		1200	31.10.2019
Ростовская АЭС
№1	ВВЭР-1000	В эксплуатации	г. Волгодонск, Ростовская обл.	1000	30.03.2001
№2	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	16.03.2010
№3	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	27.12.2014
№4	ВВЭР-1000	В эксплуатации		1000	02.02.2018
Смоленская АЭС
№1	РБМК-1000	В эксплуатации	г. Десногорск, Смоленская обл.	1000	09.12.1982
№2	РБМК-1000	В эксплуатации		1000	31.05.1985
№3	РБМК-1000	В эксплуатации		1000	17.01.1990
Академик Ломоносов
№1	КЛТ-40	В эксплуатации	г. Певек, Чукотский автономный округ	35	22.05.2020
№2	KLT-40	В эксплуатации		35	22.05.2020
Обнинская АЭС
№1	АМ	Остановлен для вывода из эксплуатации	г. Обнинск, Калужская обл.	5	26.06.1954

Электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов? ⋆ Geoenergetics.ru

Уважаемые читатели и просто посетители нашего журнала! Мы достаточно много и довольно подробно пишем о том, какими способами, при помощи каких именно энергетических ресурсов, производится электроэнергия на электростанциях. Атом, газ, вода – были нашими с вами «героями», разве что до альтернативных , «зеленых» вариантов еще не успели добраться. Но, если присмотреться внимательно, рассказы были далеко не полными. Еще ни разу мы не пробовали отследить детально путь электроэнергии от турбины до наших с вами розеток, с тропинками на освещение наших населенных пунктов и дорог, на обеспечение работы многочисленных насосов, обеспечивающих комфорт наших с вами жилищ.

Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века. Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством. Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?

Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта. Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.

Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы. Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих. Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.

Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.

Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили. В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.

Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!

 

Что такое электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы.

Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку. Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги. Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?

Ночное освещение улицы, Фото: pixabay.com

Удалять жару из офисов, куда с трудом добрался, без электричества тоже нечем. Можно, конечно, открыть окна и обвязать голову мокрым полотенцем, но надолго ли это поможет. Качающим воду насосам тоже нужно электричество, или придется регулярно ходить с ведром на ручную колонку.

Кофе в офисе? Забудьте! Только если всем сразу и не часто, чтобы дым от сгорающего угля не отравил рабочую атмосферу. Или за дополнительную денежку получать из соседнего трактира.

Отправить письмо в соседний офис? Надо взять бумагу, написать письмо от руки, затем ножками отнести его. На другой конец города? Вызываем курьера. В другую страну? А вы знаете, сколько это будет стоить? К тому же ответа не ждите ранее полугода из соседних стран и от года до пяти из-за океана.

Вернулись домой, надо зажечь свечи. Читать при них – мучение для глаз, поэтому придется заняться чем-то другим. А чем? ТВ нет, компьютеров нет, смартфонов – и тех нет, ибо нечем их запитать. Лежи на лавке и гляди в потолок! Хотя рождаемость точно повысится.

К этому следует добавить, что все пластмассы и удобрения сейчас получают из природного газа на заводах, где крутятся тысячи моторов, приводимых в движение всё тем же электричеством. Отсюда список доступных удобрений сильно укорачивается до тех, которые можно приготовить из природного сырья в чанах, размешивая в них ядовитую жижу лопатками с ручным, водяным или паровым приводом. Как результат, сильно сжимается объем производимых продуктов.

О пластмассах – забудьте! Эбонит – наше высшее счастье из длинного списка. А из металлов самым доступным становится чугун. Из медицины на сцену в качестве главного орудия снова выступают стетоскоп и быстро ржавеющий скальпель. Остальное канет в Лету.

Продолжать можно долго, но идея должна быть уже понятна. Нам нужно электричество. Мы можем выжить без него, но что это будет за жизнь! Так откуда же появилось это волшебное электричество?

Открытие электричества

Все мы знаем физическую истину, что ничто никуда бесследно не исчезает, а только переходит из одного состояния в другое. С этой истиной столкнулся греческий философ Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружив электричество как вид энергии, натирая кусок янтаря шерстью. Часть механической энергии при этом перешла в электрическую и янтарь (на древнегреческом «электрон») электризовался, то есть приобрел свойства притягивать легкие предметы.

Этот вид электричества сейчас называют статическим, и он нашел себе широкое применение, в том числе в системах очистки газов на электростанциях. Но в Древней Греции ему не нашлось применения и, если бы Фалес Милетский не оставил после себя записей о своих экспериментах, мы бы никогда не узнали, кто был тот первый мыслитель, заостривший свое внимание на виде энергии, являющейся едва ли не самой чистой среди всех, с которыми мы знакомы по настоящий день. Ею также наиболее удобно управлять.

Сам термин «электричество» – то есть «янтарность» – ввел в употребление Уильям Гилберт в 1600 году. С этого времени с электричеством начинают широко экспериментировать, пытаясь разгадать его природу.

Как результат, с 1600 по 1747 годы последовала череда увлекательных открытий и появилась первая теория электричества, созданная американцем Бенджамином Франклином. Он ввел понятие положительного и отрицательного заряда, изобрел молниеотвод и с его помощью доказал электрическую природу молний.

Далее в 1785 происходит открытие закона Кулона, а в 1800 году итальянец Вольта изобретает гальванический элемент (первый источник постоянного тока, предшественник нынешних батарей и аккумуляторов), представлявший собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. С появлением этого, стабильного по тем временам, источника электричества новые и важнейшие открытия быстро следуют одно за другим.

Майкл Фарадей, читающий рождественскую лекцию в Королевском институте. Фрагмент литографии, Фото: republic.ru

В 1820 году датский физик Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие: замыкая и размыкая цепь с постоянным током, он заметил цикличные колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. А в 1821 году французский физик Ампер открыл, что вокруг проводника с переменным электрическим током образуется переменное электромагнитное поле. Это позволило уже Майклу Фарадею в 1831 году открыть электромагнитную индукцию, описать уравнениями электрическое и магнитное поле и создать первый электрогенератор переменного тока. Фарадей вдвигал катушку с проводом в намагниченный сердечник и в результате в обмотке катушки появлялся электрический ток. Фарадей также придумал первый электродвигатель – проводник с электрическим током, вращающийся вокруг постоянного магнита.

Всех участников «гонки за электричеством» невозможно упомянуть в этой статье, но результатом их усилий явилась доказуемая экспериментом теория, детально описывающая электричество и магнетизм, в соответствии с которой мы производим сейчас всё, что требует электричества для своего функционирования.

Постоянный или переменный ток?

В конце 1880-х годов, еще до появления мировых стандартов на производство, распределение и потребление промышленной электроэнергии, разразилась битва между сторонниками использования постоянного и переменного тока. Во главе противостоящих друг другу армий встали Тесла и Эдисон.

Оба были талантливыми изобретателями. Разве что Эдисон обладал куда более развитыми способностями к бизнесу и к моменту начала «войны» успел запатентовать множество технических решений, в которых использовался постоянный ток (в то время в США постоянный ток являлся стандартом по умолчанию; постоянным называется ток, направление которого не меняется по времени).

Но была одна проблема: в те времена постоянный ток было очень трудно трансформировать в более высокое или низкое напряжение. Ведь если сегодня мы получаем электроэнергию напряжением 240 вольт, а наш телефон требует 5 вольт, мы втыкаем в розетку универсальную коробочку, которая преобразует что угодно во что угодно в нужном нам диапазоне, используя современные транзисторы, управляемые крошечными логическими схемами с изощренным программным обеспечением. А что можно было сделать тогда, когда до изобретения самых примитивных транзисторов оставалось еще 70 лет? И если по условиям электрических потерь требовалось повысить напряжение до 100’000 вольт, чтобы доставить электроэнергию на расстояние 100 или 200 километров, любые столбы Вольта и примитивные генераторы постоянного тока оказывались бессильны.

Понимая это, Тесла выступал за переменный ток, трансформация которого в любые уровни напряжения не представляла труда и в те времена (переменным считается ток, величина и направление которого периодически меняются со временем даже при неизменном сопротивлении этому току; при частоте сети 50Гц это происходит 50 раз в секунду). Эдисон же, не желая терять патентные отчисления себе, развернул кампанию по дискредитации переменного тока. Он уверял, что этот вид тока особо опасен для всего живого, и в доказательство публично убивал бродячих кошек и собак, прикладывая к ним электроды, соединенные с источником переменного тока.

Эдисон проиграл битву, когда Тесла предложил за 399’000 долларов осветить весь город Буффало против предложения Эдисона сделать то же за 554’000 долларов. В день, когда город осветился электричеством, полученным от станции, расположенной у Ниагарского водопада и вырабатывающей именно переменный ток, компания General Electric выкинула постоянный ток из рассмотрения в своих будущих бизнес-проектах, полностью поддержав своим влиянием и деньгами переменный ток.

Томас Эдисон (США), Рис.: cdn.redshift.autodesk.com

Может показаться, что переменный ток навсегда завоевал мир. Однако у него имеются наследственные болячки, растущие из самого факта переменности. Прежде всего это электрические потери, связанные с потерями в индуктивной составляющей проводов ЛЭП, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Эти потери в 10-20 раз превышают возможные потери в тех же самых ЛЭП в случае протекания по ним постоянного тока. Плюс сказывается повышенная сложность синхронизации узлов энергосистемы (для пущего понимания, скажем, отдельных городов), ведь для этого требуется не только выровнять напряжения узлов, но и их фазу, ибо переменный ток представляет собой волну синусоиды.

Отсюда видна и значительно большая приверженность к «качаниям» узлов по отношению к друг другу, когда напряжение-частота начинают меняться вверх-вниз, на что обычный потребитель обращает внимание, когда у него в квартире мигает свет. Обычно это предвестник конца совместной работы узлов: связи между ними рвутся и какие-то узлы оказываются с дефицитом энергии, что ведет к снижению в них частоты (т.е. к снижению скорости вращения тех же электродвигателей и вентиляторов), а какие-то с избытком энергии, приводящем к опасному повышению напряжения по всему узлу, включая наши розетки с подключенными к ним устройствам. А при достаточно большой длине ЛЭП, что, к примеру, критично для РФ, начинают проявляться и другие портящие настроение электрикам эффекты. Не вдаваясь в детали, можно указать, что передавать электроэнергию переменного тока по проводам на сверхдальние расстояния становится трудно, а иногда и невозможно. Для сведения, длина волны частотой 50 Гц составляет 6000 км, и при приближении к половине этой длины – 3000 км – начинают сказываться эффекты бегущих и стоячих волн плюс эффекты, связанные с резонансом.

Эти эффекты отсутствуют при использовании постоянного тока. А значит, повышается стабильность работы энергосистемы в целом. Принимая это во внимание, а также то, что компьютеры, светодиоды, солнечные панели, аккумуляторы и многое другое используют для своей работы именно постоянный ток, можно заключить: война с постоянным током еще не проиграна. Современным преобразователям постоянного тока на любые используемые сегодня мощности и напряжения осталось совсем немного, чтобы сравняться в цене с привычными человечеству трансформаторами переменного тока. После чего, видимо, начнется триумфальное шествие по планете уже постоянного тока.

Фото: itc.ua

Электричество из дождя, плазма против вируса и шахматы по-скандинавски

• Леонид Лунеев
• Би-би-си

15 февраля 2020

В очередной подборке интересных научных новостей недели:

Автор фото, HK Uni

Одна дождинка — это уже свет

Принцип использования воды для выработки электроэнергии не нов. Во всем мире действуют сотни приливных и гидроэлектростанций, однако эффективно утилизировать низкочастотную кинетическую энергию дождевых капель до сих пор не удавалось.

А теперь представьте себе одну-единственную каплю воды, которая вырабатывает достаточно энергии, чтобы зажечь 100 светодиодных лампочек.

«Как показывают наши эксперименты, капля объемом в 100 микролитров, упавшая с высоты в 15 сантиметров, способна выработать ток напряжением в 140 вольт», — утверждает автор проекта, профессор Гонконгского университета Цзуанькай Вон.

Капельные генераторы электричества известны давно, их работа основана на принципе, когда электроэнергия вырабатывается за счет контакта двух материалов, которые при трении обмениваются электронами (вспоминаем эбонитовую палочку).

К сожалению, КПД таких генераторов крайне низок, однако ученым из Гонконга удалось преодолеть этот недостаток.

Изобретатели применили политетрафторэтилен (ПТФЭ), который при ударе по нему капель воды способен постепенно накапливать заряд, совместив его с полевым транзистором из тех, что применяются в современной электронике.

Генератор состоит из двух электродов: один из них сделан из алюминия, другой — из оксида индия и олова и покрыт этим самым ПТФЭ. На нем, собственно, и генерируется заряд.

Падающие капли воды соединяют два электрода и превращают конструкцию в замкнутую электрическую цепь, высвобождая накопленный заряд и вырабатывая электрический ток.

По словам авторов изобретения, их миниэлектростанцию можно строить везде, где жидкость соприкасается с твердой поверхностью, а вода может быть как дождевой, так и морской.

Профессор Вон надеется, что новая технология утилизации водяных капель поможет в решении глобальной проблемы поиска возобновляемых источников энергии.

«Вырабатывая электричество из дождевых капель, мы могли бы поспособствовать гармоничному развитию мира на основе восполнения энергетических ресурсов», — считает он.

Плазмой по вирусу: новый способ борьбы с инфекциями

Автор фото, robertcoeliusmichiganengineeringcommunications-mar

На фоне вспышки китайского коронавируса перед учеными в очередной раз встала задача: как обезопасить людей от заражения в общественных местах.

Маски и фильтры способны решить эту проблему лишь отчасти, поскольку не в состоянии задерживать крошечные вирусы.

В качестве альтернативы ученые из Мичиганского университета предлагают бороться с заразой с помощью низкотемпературного плазменного реактора.

Плазма, или ионизированный газ, — это одно из четырех агрегатных состояний вещества, состоящего не из нейтральных атомов и молекул, а из электронов и заряженных ионов.

Существует сразу несколько теорий относительно того, как плазма низких температур убивает бактерии, однако убить вирус не так просто — хотя бы потому, что он изначально является лишь условно живым.

В ходе экспериментов выяснилось, что удар плазмы обеззараживает воздух на 99%: ДНК вирусов при этом не страдает, но у них пропадает способность к заражению. Ученые объясняют это тем, что плазма окисляет вирусы, отключая у них механизмы, с помощью которых они проникают в клетки.

Врачи пока не знают, почему некоторые вирусы и бактерии, находясь в воздухе, дольше сохраняют способность к заражению, но именно эта способность делает их более опасными. Ведь в замкнутых многолюдных пространствах — к примеру, в салоне самолета, — когда естественная концентрация патогенных частиц долгое время не спадает, опасность распространения инфекции особенно высока.

Поэтому применение плазменного реактора, а по сути — большого вентилятора с плазменной установкой, который способен за доли секунды убить бактерии и нейтрализовать вирусы, могло бы стать эффективным средством борьбы с инфекциями, которые распространяются воздушно-капельным путем.

Смерть на кончике хвоста

Автор фото, Getty Images

Никто уже не сможет с точностью сказать, отчего скончался этот динозавр, живший на территории современного канадского штата Альберта, но 66 миллионов лет назад он в последний раз взмахнул своим могучим хвостом.

Собственно, все, что осталось от этого гадрозавра — гигантского утконосого травоядного ящера, — это 11 хвостовых позвонков. И 8 из них явили ученым признаки болезни, ранее не наблюдавшейся у динозавров, зато встречающейся у современного человека.

«В двух позвонках мы обнаружили большие каверны, — объясняет специалист по эволюционной биологии Тель-Авивского университета Хила Мэй. — И они были очень похожи на каверны, возникающие при клеточном гистиоцитозе Лангерганса (КГЛ) — редком онкологическом заболевании, которое в наши дни встречается у людей».

Автор фото, Assaf Ehrenreich/Tel Aviv University

Результаты микротомографии подтвердили первоначальный диагноз ученых, доказав, что эта редкая форма рака существовала уже в конце позднего мелового периода.

По словам ученых, КГЛ и раньше находили у животных, в частности, у древесных землероек и тигров, но у динозавра признаки этого редкого заболевания выявлены впервые.

В наше время от КГЛ, который сопровождается сильными болями и опухолями, как правило, страдают дети. И хотя в большинстве случаев болезнь удается вылечить, врачи пока что мало знают о том, что именно ее вызывает.

Поэтому специалисты полагают, что открытие КГЛ у динозавров поможет понять эволюционные процессы этого заболевания и то, как динозавры научились с ним справляться и выживать. А это, в свою очередь, может привести к созданию эффективных методов лечения КГЛ.

Шахматы для викингов: партия, которая не закончится добром

Автор фото, Durham University

В промежутках между грабежами и насилием викинги, совершавшие первые набеги на Англию, любили посидеть за настольной игрой.

Об этом ученым из Даремского университета поведала очень редкая археологическая находка, сделанная на острове Линдисфарн у северо-восточного побережья Англии.

Судя по всему, эта фишка из белого и синего стекла размером с небольшую конфету была королем из древней скандинавской игры hnefatafl («Королевский стол»), которая чем-то напоминала шахматы.

Ценность находки заключается в том, что ей около 1200 лет, и это лишь вторая подобная фишка, обнаруженная в Британии.

Впрочем, не все историки убеждены в том, что викинги шли в бой с настольной игрой и фишка выпала из кармана захватчика во время рейда.

«Не исключено, что это была фигура из похожей игры, в которую играли представители элиты в северной Англии еще до того, как там появились викинги», — считает археолог Лиса Уэсткотт Уилкинз.

Если это в самом деле фигура из местной версии игры, то это еще более важно и интересно, поскольку свидетельствует о растущем влиянии скандинавской культуры на монахов Линдисфарна и на всю средневековую Нортумбрию.

Кстати, в этой игре короля тоже нужно защищать от других фигур. Что же касается настоящих шахмат, то первые резные фигурки появились в Европе чуть позже.

И еще это говорит о том, что средневековый Линдисфарн был оживленным местом, а вовсе не скучной и аскетичной обителью монахов, как мы часто представляем времена раннего христианства.

«Только вообразите: викинги, высадившиеся на Линдисфарне, могли, хотя бы теоретически, сыграть с местными монахами партию в игру, которая была известна обеим сторонами, хотя они почти наверняка заспорили бы о том, по чьим правилам играть», — говорит Уэсткотт Уилкинз.

Откуда у нас электричество?

Электричество необходимо для современной жизни, но почти миллиард человек живет без доступа к нему. Такие проблемы, как изменение климата, загрязнение и разрушение окружающей среды, требуют, чтобы мы изменили способ производства электроэнергии.

За последнее столетие основными источниками энергии, используемыми для производства электроэнергии, были ископаемое топливо, гидроэлектроэнергия и, с 1950-х годов, ядерная энергия.Несмотря на значительный рост возобновляемых источников энергии за последние несколько десятилетий, ископаемые виды топлива остаются доминирующими во всем мире. Их использование для производства электроэнергии продолжает расти как в абсолютном, так и в относительном выражении: в 2017 году ископаемое топливо произвело 64,5% мировой электроэнергии по сравнению с 61,9% в 1990 году.

Доступ к надежному электроснабжению жизненно важен для благополучия человека. В настоящее время каждый седьмой человек в мире не имеет доступа к электричеству. Таким образом, спрос на электроэнергию будет продолжать расти.В то же время выбросы парниковых газов должны резко сократиться, если мы хотим смягчить последствия изменения климата, и мы должны перейти на более чистые источники энергии, чтобы уменьшить загрязнение воздуха. Это, вероятно, потребует значительного увеличения всех низкоуглеродных источников энергии, важной частью которых является ядерная энергия.

Для достижения устойчивого мира необходимо декарбонизация всех секторов экономики, включая транспорт, тепло и промышленность. Электричество предоставляет средства для использования низкоуглеродных источников энергии, и поэтому широко распространенная электрификация рассматривается как ключевой инструмент декарбонизации секторов, традиционно работающих на ископаемом топливе.По мере того, как конечное использование электроэнергии растет, а выгоды от электричества распространяются на всех людей, спрос будет значительно расти.

Уголь, газ и нефть

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, сжигают уголь или нефть для получения тепла, которое, в свою очередь, используется для выработки пара для привода турбин, вырабатывающих электричество. На газовых установках горячие газы приводят в действие турбину для выработки электроэнергии, в то время как газотурбинная установка с комбинированным циклом (ПГУ) также использует парогенератор для увеличения количества производимой электроэнергии.В 2017 году ископаемое топливо произвело 64,5% электроэнергии во всем мире.

Эти электростанции надежно вырабатывают электроэнергию в течение длительных периодов времени и, как правило, дешевы в строительстве. Однако при сжигании топлива на основе углерода образуется большое количество углекислого газа, что приводит к изменению климата. Эти растения также производят другие загрязнители, такие как оксиды серы и азота, которые вызывают кислотные дожди.

Электростанция Коттам в Великобритании, которая использует уголь и газ для производства электроэнергии (Изображение: EDF Energy)

Сжигание ископаемого топлива для получения энергии вызывает значительное число смертей из-за загрязнения воздуха.Например, по оценкам, только в одном Китае 670 000 человек умирают преждевременно — каждый год из-за использования угля.

Установкам, работающим на ископаемом топливе, требуется очень большое количество угля, нефти или газа. Во многих случаях это топливо необходимо транспортировать на большие расстояния, что может привести к потенциальным проблемам с поставками. Цена на топливо исторически была нестабильной и может резко возрасти в периоды нехватки или геополитической нестабильности, что может привести к нестабильным затратам на генерацию и повышению потребительских цен.

Гидроэнергетика

Большинство крупных гидроэлектростанций вырабатывают электроэнергию, накапливая воду в обширных резервуарах за плотинами. Вода из резервуаров проходит через турбины для выработки электроэнергии. Плотины гидроэлектростанций могут генерировать большое количество электроэнергии с низким содержанием углерода, но количество площадок, подходящих для новых крупномасштабных плотин, ограничено. Гидроэлектроэнергия также может производиться русловыми электростанциями, но большинство рек, которые подходят для этого, уже освоены.

Плотина «Три ущелья» в Китае — крупнейшая в мире плотина гидроэлектростанций и крупнейшая в мире электростанция (Изображение: Le Grand Portage, CC BY-SA 2.0)

В 2017 году на гидроэнергетику приходилось 16% мирового производства электроэнергии.

Затопление водохранилищ за плотинами и замедление течения речной системы ниже плотины также может иметь серьезные последствия для окружающей среды и местного населения. Например, при строительстве крупнейшей в мире плотины гидроэлектростанций — плотины «Три ущелья» в Китае — около 1.3 миллиона человек были перемещены.
По количеству погибших в результате аварий гидроэнергетика — самый смертоносный источник энергии. Несчастным случаем с наибольшим числом погибших стало обрушение в 1975 году плотины Баньцяо в китайской провинции Хэнань, в результате которого, по официальным оценкам, погибло 171 000 человек, как прямых, так и косвенных.

Атомная энергетика

Ядерные энергетические реакторы используют тепло, выделяемое при расщеплении атомов, для генерации пара для вращения турбины. В процессе деления не образуются парниковые газы, и в течение всего жизненного цикла ядерной энергии образуются лишь очень небольшие количества.Атомная энергия является экологически чистой формой производства электроэнергии и не способствует загрязнению воздуха. В 2018 году ядерная энергия произвела 10,5% мировой электроэнергии.

Атомная электростанция Палюэль на севере Франции, одна из крупнейших атомных электростанций в мире (Изображение: Areva)

Атомные электростанции, как и электростанции, работающие на ископаемом топливе, очень надежны и могут работать в течение многих месяцев без перебоев, обеспечивая большое количество чистой электроэнергии, независимо от времени суток, погоды или сезона.Большинство атомных электростанций могут работать не менее 60 лет, и это способствует тому, что ядерная электроэнергия становится наиболее доступной по сравнению с другими генераторами электроэнергии.

Ядерное топливо можно использовать в реакторе в течение нескольких лет благодаря огромному количеству энергии, содержащейся в уране. Мощность одного килограмма урана примерно равна 1 тонне угля.

В результате образуется соответственно небольшое количество отходов. В среднем реактор, снабжающий человека электроэнергией в течение года, создает около 500 граммов отходов — их можно было бы поместить в банку из-под газировки.Всего 5 граммов из этого количества используется ядерное топливо — эквивалент листа бумаги. Существует несколько стратегий управления использованным топливом, таких как прямая утилизация или переработка в реакторах для выработки более низкоуглеродной электроэнергии.

Ветровая и солнечная

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнечная энергия и малая гидроэнергетика, производят электроэнергию с низким уровнем выбросов парниковых газов на протяжении всего их жизненного цикла. В 2017 году ветряная и солнечная энергия генерировали 4,4% и 1.3%, соответственно, мировой электроэнергии. Они не производят электричество предсказуемо или постоянно из-за своей естественной зависимости от погоды. Производство электроэнергии от ветряных турбин зависит от скорости ветра, и если ветер слишком слабый или слишком сильный, электричество не производится вообще. Мощность солнечных панелей зависит от силы солнечного света, которая зависит от ряда различных факторов, таких как время суток и количество облачного покрова (а также количество пыли на панелях).

Другая проблема заключается в том, что может не хватить места или желания общественности разместить огромное количество турбин или панелей, необходимых для выработки достаточного количества электроэнергии. Это связано с тем, что энергия ветра или солнца является рассеянной, а это означает, что для выработки значительного количества электроэнергии требуется очень значительное количество земли.

Поскольку электроэнергию нелегко хранить, возобновляемые источники энергии должны поддерживаться другими формами производства электроэнергии.Самые большие батареи не могут работать в течение нескольких дней, не говоря уже о неделях, которые потребовались бы для резервного копирования возобновляемых источников энергии, чтобы обеспечить круглосуточное электроснабжение. Чтобы обеспечить стабильную подачу электроэнергии, газовые заводы все чаще предоставляют услуги резервного копирования электроэнергии из возобновляемых источников. Установки, работающие на природном газе, выделяют большое количество углекислого газа во время работы, и значительное количество метана часто выделяется во время добычи и транспортировки газа, и то и другое способствует изменению климата.

Биомасса

Установка, работающая на биомассе, работает аналогично газовым и угольным электростанциям. Вместо сжигания газа или угля установка работает на различных формах биомассы (например, специально выращенных деревьях, древесной щепе, бытовых отходах или «биогазе»). В 2017 году биомасса произвела 2,3% мировой электроэнергии.

Электростанция Drax в Великобритании частично заменила уголь импортной биомассой в качестве топлива для производства электроэнергии (Изображение: Andrew Whale, CC BY-SA 2.0)

Для производства биомассы может потребоваться много энергии как с точки зрения производства самой биомассы, так и с точки зрения транспорта. Из-за этого требуемая энергия может быть больше, чем энергетическая ценность конечного топлива, а выбросы парниковых газов могут быть такими же или даже большими, чем выбросы от эквивалентного ископаемого топлива. Кроме того, для абсорбции выделяемого углекислого газа может потребоваться более 100 лет, что приводит к кратковременному увеличению выбросов.

Другие воздействия на окружающую среду, связанные с землепользованием и экологической устойчивостью, могут быть значительными.Кроме того, как и в случае с углем, использование биомассы может способствовать загрязнению воздуха и, таким образом, иметь негативные последствия для здоровья населения, проживающего на заводах по производству биомассы.

Что будет движущей силой нашего электрического будущего?

Электричество приобретает все большее значение. Если мы хотим решить проблему изменения климата и уменьшить загрязнение воздуха, нам нужно будет расширить использование всех низкоуглеродных источников энергии, важной частью которых является ядерная энергия.

Чтобы удовлетворить растущий спрос на устойчивую энергию, Всемирная ядерная ассоциация представила программу Harmony, которая ставит цель для ядерной энергетики обеспечить не менее 25% электроэнергии до 2050 года.Это будет означать, что к тому времени производство ядерной энергии в мире должно будет утроиться. Чтобы резко снизить уровень ископаемого топлива, ядерная и возобновляемая энергии должны работать вместе, чтобы обеспечить надежное, доступное и чистое энергоснабжение будущего.

В официальном документе «Тихий гигант» Всемирной ядерной ассоциации содержится дополнительная информация о необходимости использования ядерной энергии в системе чистой энергии.

---

Вас также может заинтересовать

Что такое электричество?

Вы могли задаться вопросом в тот или иной момент; что такое на самом деле электричество?

Трудно сбежать; смотрите ли вы на природу и наблюдаете, как надвигается гроза с ее красивыми, но мощными ударами молний.Или вы просто идете на кухню, включаете свет и открываете холодильник; электричество — это часть нашей повседневной жизни.

Но чтобы по-настоящему понять, что такое электричество, нам нужно взглянуть на науку, лежащую в основе его на атомном уровне.

Все начинается с атомов

Атомы — это маленькие частицы, попросту говоря, они являются основными строительными блоками всего, что нас окружает, будь то наши стулья, столы или даже наше собственное тело. Атомы состоят из еще более мелких элементов, называемых протонами, электронами и нейтронами.

Когда электрические и магнитные силы перемещают электроны от одного атома к другому, образуется электрический ток.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть электроны в действии.

Как производится электричество?

Во-первых, для выработки электроэнергии вам потребуется источник топлива, например уголь, газ, гидроэнергия или ветер.

В Австралии большая часть нашей электроэнергии вырабатывается из традиционных видов топлива, таких как уголь и природный газ, при этом около 14 процентов приходится на возобновляемые источники энергии. ¹

Независимо от выбранного топлива, большинство генераторов работают по одному и тому же проверенному принципу: поверните турбину так, чтобы она вращала магниты, окруженные медной проволокой, чтобы получить поток электронов через атомы, который, в свою очередь, вырабатывает электричество.

Уголь и газ работают аналогично; они оба сжигаются, чтобы нагреть воду, которая создает пар и вращает турбину.

Возобновляемые источники энергии, такие как гидроэнергетика и ветер, работают несколько иначе: вода или ветер используются для вращения турбины и выработки электроэнергии.

Солнечные фотоэлектрические панели используют другой подход: они вырабатывают электроэнергию, преобразуя солнечное излучение в электричество с помощью полупроводников.

Электростанции перерабатывают топливо в электричество

Уголь и газ сжигаются для нагрева воды и превращения ее в пар.

Затем пар под очень высоким давлением используется для вращения турбины.

Вращающаяся турбина заставляет большие магниты вращаться внутри катушек из медной проволоки — это называется генератором.

Движущиеся магниты заставляют электроны в проводах перемещаться из одного места в другое, создавая электрический ток и производя электричество.

Электроэнергия уходит в сеть

В Австралии мы получаем электроэнергию через сложную сетевую сеть.

Электричество оставляет генераторы и перемещается по проводам в сетевой сети к домам и предприятиям по всей стране. К тому времени, когда электричество дойдет до вас, оно, скорее всего, пройдет сотни километров по сети.

Национальный рынок электроэнергии Австралии или NEM является крупнейшей объединенной энергосистемой в мире.

Интересует, как вы используете энергию дома? Если у вас есть цифровой интеллектуальный счетчик, вы можете отслеживать его использование через Моя учетная запись или через приложение Origin.

Список литературы

Согласно анализу от Origin Energy, данные включают всю Австралию: национальный рынок электроэнергии (QLD, NSW, Vic, SA, TAS), а также Западную Австралию и Северную территорию, но не включают Mt Isa.Данные встроенной генерации взяты из отчета о состоянии энергетического рынка за 2014 г., Австралийского регулятора энергетики, данных WA за 2012 г. от Грега Рутвена, 2012 г., брифинга «Заявление о возможностях» перед запуском, Независимого оператора рынка за 2012 г. и NT FY13; данные Ассоциации энергоснабжения Австралии 2012 г., Электричество Газ Австралия 2014 г.

Как производится электроэнергия? | Г-н Электрик

Каждый из нас зависит от электричества, чтобы беспрепятственно двигаться в течение дня. Наши сотовые телефоны, ноутбуки и бесчисленное множество других устройств работают на электроэнергии.Наша потребность в электричестве очевидна и особенно очевидна, когда что-то идет не так, что наиболее вероятно, когда вы звоните нам!

Вы знаете, что вам нужно электричество, но знаете ли вы, что это такое на самом деле и как оно производится? Присоединяйтесь к Mr. Electric, чтобы вернуться к основам и поближе познакомиться с электричеством, которое питает нашу жизнь.

Что такое электричество?

Прежде чем углубляться в то, как производится электричество, давайте начнем с небольшого «Электричество 101.Проще говоря, электричество — это поток электронов из одного места в другое, а точнее — по цепи.

Вы, вероятно, можете вспомнить свой школьный урок химии (с нежностью или отвращением — между ними не так уж много!), Где вы узнали об атомах или «строительных блоках жизни». Электроны — это отрицательно заряженные субатомные частицы. Если один из этих электронов освободить от атома и заставить его двигаться, будет произведено электричество.

Наиболее удаленные электроны, или валентные электроны, требуют наименьшего количества силы для освобождения от атома.Когда свободные электроны находят новые атомы, чтобы зацепиться за них, они «выбивают» существующий электрон, и процесс начинается заново, производя электрический ток.

Такие элементы, как медь, серебро и золото, имеют очень подвижные электроны, что означает, что эти элементы являются отличными проводниками электричества. Эти знания играют важную роль в производстве нашей электроэнергии!

Как производится?

Чтобы вы щелкнули выключателем или нажали кнопку «включения», за кулисами усиленно работает электричество.Давайте посмотрим, как электричество проходит от электростанции к вам.

Электроэнергия начинается с одного из трех основных видов топлива: ископаемого топлива (например, угля, нефти и природного газа), ядерной энергии и возобновляемых источников энергии (например, ветра, солнца и гидроэнергии). Это топливо создает пар или жидкость, которая приводит в движение турбину, которая вращает магнит в генераторе. Это движение заставляет эти электроны двигаться, что производит электричество!

Но это еще не все — этому электрическому току еще предстоит пройти долгий путь, чтобы добраться до вас.Как только генератор вырабатывает электрический ток, он передается по толстым проводам к трансформаторам, которые усиливают напряжение. Это высоковольтное электричество передается в электросеть. Одна в электросети, электричество перемещается на разные подстанции, которые снижают напряжение для использования в больших помещениях, таких как фабрики.

Чтобы электричество действительно доставлялось к вам, оно распределяется по местным трансформаторам по линиям электропередач, которые либо проложены под землей, либо смонтированы. Эти местные трансформаторы дополнительно снижают напряжение, поэтому вы безопасно получаете электроэнергию.Когда он, наконец, прибывает в ваш дом, и вы щелкаете этим переключателем или нажимаете кнопку «включения», вы замыкаете цепь, и электричество течет.

Вот и все! Теперь, когда вы хорошо знакомы с основами электричества и того, как оно доходит до вас, вы готовы решать любые возникающие у вас вопросы, связанные с электричеством, — которые могут пригодиться вашим детям в школьном школьном проекте по химии!

Требуется небольшое электрическое усиление? Дружелюбный техник из Mr. Electric готов помочь.График и встреча с нами сегодня!

Плюс, вы хотите узнать больше о том, как это работает? Прочтите этот блог нашего коллеги по бренду Neighborly, Mr. Appliance, о том, как ваш холодильник остается холодным.

Ищете специалиста по обслуживанию? Посетите GetNeighborly.com, чтобы найти решение для ремонта вашего дома.

Этот блог предоставляется компанией Mr. Electric только в образовательных целях, чтобы дать читателю общую информацию и общее понимание по конкретной теме, указанной выше.Блог не должен использоваться в качестве замены лицензированного специалиста-электрика в вашем штате или регионе. Перед выполнением любого домашнего проекта сверьтесь с законами города и штата.

Как производится электричество — UGI EnergyLink

Электроэнергия — это не сырой источник энергии. Он должен быть создан из другого источника топлива, прежде чем он достигнет вашего дома и запитает ваше освещение, электронику и бытовую технику. Вот пошаговое описание того, как производится электричество.

• Источник топлива генерирует энергию: Процесс начинается на электростанции, совместимой с конкретным источником топлива, таким как уголь, нефть, природный газ, ядерная энергия, солнечная энергия, ветер, вода или биотопливо. Выбор возобновляемых источников энергии для производства электричества снижает выбросы и делает электричество более экологически чистым для производства.
• Турбина и генератор преобразуют энергию в электричество: Выбранный источник топлива производит пар, газ или жидкость, часто за счет нагрева, который перемещает лопасти турбины.Турбина соединена со стержнем, который соединен с генератором. Генератор преобразует механическую энергию движущейся турбины в электрическую, вращая большой магнит, окруженный медной проволокой. Это заставляет электроны в меди двигаться, производя электричество.
• Трансформатор увеличивает напряжение питания: Электрический ток, генерируемый магнитом и медным проводом, передается на трансформатор. Здесь напряжение увеличивается минимум до 500 000 вольт.
• Линии электропередачи подают электроэнергию к подстанциям: Линии электропередачи высокого напряжения передают электрический ток от электростанции к одной из нескольких подстанций, соединенных между собой в национальной электрической сети.Трансформаторы на каждой подстанции снижают электрическое напряжение до среднего уровня, пригодного для использования крупными коммерческими потребителями, такими как фабрики и торговые центры.
• Местные трансформаторы подготавливают электричество для конечного использования: Распределительные линии, установленные на опорах или заглубленные под землю, несут электричество на последнем этапе пути к местным трансформаторам. Эти металлические устройства, установленные на столбах или бетонных основаниях, снижают напряжение до 220–110 вольт, делая электричество безопасным для использования в домах и на предприятиях.
• Электроэнергия поступает в дом или офис через счетчик: Последний шаг — измерить количество потребляемой вами электроэнергии. Для этого электричество проходит через счетчик на центральный пульт управления, который распределяет мощность по каждой цепи в вашем доме. Это то, что питает ваши светильники, компьютеры, бытовую технику и все остальное, что вы подключаете к стене.

Теперь, когда вы знаете, как производится электричество, вы можете по-новому оценить его. Чтобы узнать больше о снижении тарифов на электроэнергию, чтобы вы могли наслаждаться хорошо освещенным, охлаждаемым и отапливаемым домом с меньшими затратами, свяжитесь с UGI EnergyLink или позвоните нам по телефону 800-797-0712.

Об электроэнергетической системе США и ее влиянии на окружающую среду

Электроэнергетическая система США

Современная электроэнергетическая система США представляет собой сложную сеть, состоящую из электростанций, линий передачи и распределения, а также конечных потребителей электроэнергии. Сегодня большинство американцев получают электроэнергию от централизованных электростанций, которые используют широкий спектр энергоресурсов для производства электроэнергии, например уголь, природный газ, ядерную энергию или возобновляемые ресурсы, такие как вода, ветер или солнечная энергия.Эту сложную систему генерации, доставки и конечных пользователей часто называют электросетью .

Используйте схему ниже, чтобы узнать больше об электросети. Щелкните каждый компонент, чтобы получить обзор со ссылками на более подробную информацию.

Посмотреть текстовую версию этой схемы ►

Источник: Управление энергетической информации США, Обозреватель данных по электроэнергии. Доступ к этим данным был осуществлен в декабре 2017 года.

Как и где вырабатывается электроэнергия

Электроэнергия в Соединенных Штатах вырабатывается с использованием различных ресурсов.Три наиболее распространенных — это природный газ, уголь и атомная энергия. Одними из наиболее быстрорастущих источников являются возобновляемые ресурсы, такие как ветер и солнце. Большая часть электроэнергии в США вырабатывается на централизованных электростанциях. Гораздо меньшее, но растущее количество электроэнергии производится за счет распределенной генерации — различных технологий, которые вырабатывают электроэнергию там, где она будет использоваться или поблизости от нее, таких как локальные солнечные панели и комбинированное производство тепла и электроэнергии. Узнайте больше о централизованной и распределенной генерации.

Подача и использование электроэнергии

Когда электричество вырабатывается на централизованной электростанции, оно проходит через серию взаимосвязанных высоковольтных линий электропередачи. Подстанции «понижают» мощность высокого напряжения до более низкого напряжения, отправляя электроэнергию более низкого напряжения потребителям через сеть распределительных линий. Подробнее о доставке электроэнергии.

На бытовых, коммерческих и промышленных потребителей приходится примерно треть потребляемой в стране электроэнергии.На транспортный сектор приходится небольшая часть потребления электроэнергии. Узнайте больше о конечных потребителях электроэнергии.

Источник: Управление энергетической информации США, Обозреватель данных по электроэнергии. Доступ к этим данным был осуществлен в декабре 2017 года.

Как сеть соответствует выработке и спросу

Количество электроэнергии, используемой в домах и на предприятиях, зависит от дня, времени и погоды. По большей части электричество должно вырабатываться в то время, когда оно используется.Электроэнергетические компании и операторы сетей должны работать вместе, чтобы производить необходимое количество электроэнергии для удовлетворения спроса. Когда спрос увеличивается, операторы могут отреагировать, увеличив производство на уже работающих электростанциях, вырабатывая электроэнергию на электростанциях, которые уже работают на низком уровне или в режиме ожидания, импортируя электроэнергию из удаленных источников или обращаясь к конечным пользователям, которые согласились потребляют меньше электроэнергии из сети.

Воздействие системы электроснабжения на окружающую среду

Почти все части электроэнергетической системы могут повлиять на окружающую среду, и размер этих воздействий будет зависеть от того, как и где электроэнергия вырабатывается и доставляется.В общем, воздействие на окружающую среду может включать:

• Выбросы парниковых газов и других загрязнителей воздуха, особенно при сжигании топлива.
• Использование водных ресурсов для производства пара, охлаждения и других функций.
• Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты, включая тепловое загрязнение (вода, температура которой превышает исходную температуру водоема).
• Образование твердых отходов, включая опасные.
• Использование земель для производства топлива, выработки электроэнергии, а также линий передачи и распределения.
• Воздействие на растения, животных и экосистемы в результате воздействия на воздух, воду, отходы и землю, указанные выше.

Некоторые из этих воздействий на окружающую среду также могут потенциально повлиять на здоровье человека, особенно если они приводят к тому, что люди подвергаются воздействию загрязнителей в воздухе, воде или почве.

Воздействие используемой вами электроэнергии на окружающую среду будет зависеть от источников выработки («структуры электроэнергии»), имеющихся в вашем районе. Чтобы узнать о выбросах, связанных с потребляемой электроэнергией, посетите Power Profiler EPA.

Вы можете уменьшить воздействие на окружающую среду от использования электроэнергии, покупая экологически чистую энергию и повышая энергоэффективность. Узнайте больше о том, как уменьшить свое влияние.

В более широком смысле, несколько решений могут помочь снизить негативное воздействие на окружающую среду, связанное с производством электроэнергии, в том числе:

• Энергоэффективность. Конечные пользователи могут удовлетворить некоторые из своих потребностей, приняв энергоэффективные технологии и методы. В этом отношении энергоэффективность — это ресурс, который снижает потребность в выработке электроэнергии.Узнайте больше об энергоэффективности.
• Чистая централизованная генерация. Новые и существующие электростанции могут снизить воздействие на окружающую среду за счет повышения эффективности производства, установки средств контроля за загрязнением и использования более чистых источников энергии. Узнайте больше о централизованной генерации.
• Чистая распределенная генерация. Некоторая распределенная генерация, такая как распределенная возобновляемая энергия, может помочь обеспечить доставку чистой и надежной энергии потребителям и снизить потери электроэнергии на линиях передачи и распределения.Узнать больше о распределенной генерации.
• Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ). Также известная как когенерация, ТЭЦ вырабатывает электроэнергию и тепло одновременно из одного источника топлива. Используя тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую, ТЭЦ представляет собой одновременно распределенную генерацию и форму энергоэффективности. Узнать больше о ТЭЦ.

20.1 Производство электроэнергии | Энергетика и национальная электросеть

Обзор главы

1 неделя

В этой главе рассматриваются работы, выполняемые в 7 и 8 классах, с акцентом на ядерное топливо.Попробуйте организовать экскурсию на электростанцию ​​или спросите, может ли инженер прийти в школу, чтобы объяснить, как работает электростанция, и ответить на вопросы учащихся. Это даст учащимся возможность задать вопросы о карьере в электротехнической промышленности. Вот ссылка на статью в Википедии, в которой перечислены все электростанции в Южной Африке. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_power_stations_in_South_Africa http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_power_stations_in_South_Africa

http: // en.wikipedia.org/wiki/List_of_power_stations_in_South_Africa

Вот таблица, в которой перечислены некоторые из различных электростанций в Южной Африке и в какой провинции они расположены, для вашей справки. Единственная атомная электростанция — электростанция Кёберг в Кейптауне.

Угольные станции

Электростанция	Область
Электростанция Арнот	Мпумаланга
Электростанция Блумфонтейна	Свободное государство
Электростанция Камден	Мпумаланга
Электростанция Duvha	Мпумаланга
Электростанция Кельвина	Гаутенг
Электростанция Летабо	Свободное государство
Электростанция Матимба	Лимпопо
Электростанция Западная Претория	Гаутенг

Гидроэлектростанции

Электростанция	Область
Схема гидроаккумулятора Дракенсберга	Свободное государство
Гариепская плотина	Граница Фри-Стейт-Восточный Кейп
Схема гидроаккумулятора в Ингуле	Ква-Зулу Натал
Плотина Куга	Восточный мыс
Схема гидроаккумулятора Palmiet	Западный Кейп
Схема гидроаккумулятора Стинбраса	Западный Кейп
Плотина Вандерклоф	Северный мыс

6.1 Производство электроэнергии (1 час)

Задачи	Навыки	Рекомендация
Деятельность: Гидроэнергетика	Следование инструкциям, наблюдение, идентификация, описание, объяснение	Предлагается
Деятельность: Электростанции альтернативной энергетики	Исследование, обобщение, сравнение, обсуждение, написание	CAPS рекомендуется (можно использовать как возможный проект)

6.2 Атомная энергетика в ЮАР (1,5 часа)

Задачи	Навыки	Рекомендация
Деятельность: Преимущества и недостатки атомной энергетики	Исследование, сравнение, обсуждение, обсуждение, написание, работа в группах	Предлагается

6.3 Национальная электросеть (0,5 часа)

• Как вырабатывается электроэнергия на электростанции?
• Какие источники энергии используются в Южной Африке для производства электроэнергии?
• Является ли ядерная энергия лучшим способом выхода из энергетического кризиса?
• Каковы преимущества и недостатки ядерной энергетики?
• Как электричество распределяется от электростанций в наши дома?

Производство электроэнергии

• турбина
• генератор
• альтернативная энергия
• электростанция

Электроэнергия вырабатывается на электростанции.В предыдущих оценках мы рассмотрели, как электроэнергия вырабатывается на угольных электростанциях и распределяется по стране в национальной электрической сети. Мы собираемся пересмотреть некоторые из этих концепций.

Производство электроэнергии (видео).

Общий метод производства электроэнергии — вращать турбину, которая вращает генератор. В Южной Африке большинство электростанций используют уголь в качестве топлива. Уголь добывается из земли.Уголь доставляется на электростанцию ​​большими грузовиками или поездами.

В Gr 8 вы, возможно, сделали миниатюрные турбины и увидели, как пар может заставить лопасти турбины вращаться. Вы можете вернуться к этому, заглянув на сайт www.curious.org.za

.

Вы помните, как образуется уголь? Уголь — это ископаемое топливо, образовавшееся за миллионы лет, когда доисторические болота и растительность были покрыты слоями отложений и сжаты.

Угольная электростанция.

Как работает угольная электростанция (видео)

Давайте подробнее рассмотрим, что происходит внутри угольной электростанции. Взгляните на следующую диаграмму.

Обзор ступеней на угольной станции:

1. Большие куски угля сначала измельчаются в мелкий порошок. Это называется пульверизацией .

2. Уголь затем транспортируется в печь , где он сжигается.

3. Тепловая энергия горящего угля используется для кипячения воды и производства пара .

4. Пар толкает лопатки турбины , и турбина вращается.

5. Турбина соединена с валом генератора , который затем вращает большие магниты в проволочных катушках, которые вырабатывают электричество.

6. Электрический ток передается по линиям электропередачи на предприятия и дома.

Это электростанция Орландо в Соуэто, которая служила Йоханнесбургу 50 лет с 1951 года. Она больше не используется. Наиболее выделяются расписные градирни, но здание справа также является частью электростанции.

Градирня слева на фото покрыта самой большой фреской в ​​Южной Африке.

Уголь — возобновляемый или невозобновляемый источник энергии? Поясните свой ответ.

---

---

Он не подлежит возобновлению, так как существует конечная сумма, и ее нельзя пополнить.

Каковы недостатки зависимости Южной Африки от угля как основного источника энергии на электростанциях?

---

---

---

---

Обсудите это со своим классом.Это пересмотр того, что учащиеся изучали в предыдущих классах. Основные недостатки:

• Использование угля не является устойчивым, поскольку уголь является невозобновляемым источником энергии.
• Использование угля оказывает серьезное негативное воздействие на окружающую среду. При сжигании угля выделяются парниковые газы, которые накапливаются в атмосфере. Это способствует образованию кислотных дождей и парниковому эффекту, ведущему к глобальному потеплению.

Современная паровая турбина, подключенная к генератору.

Есть много разных способов получить достаточно энергии для вращения турбины. Какие альтернативные источники энергии можно использовать вместо угля? Перечислите их ниже.

---

---

---

---

---

К альтернативным источникам энергии относятся:

• ветер
• падающая вода (гидроэлектростанция)
• пар, нагретый солнцем
• деление ядра
• приливная энергия (волны в море)
• биотопливо

Плотина Гариеп на границе провинций Фри-Стейт и Восточный Кейп — это гидроэлектростанция, которая использует воду, падающую из плотины, для вращения турбины.Как падающая вода заставляет турбину вращаться? Давайте исследуем это еще немного.

Как работает гидроэлектроэнергия.

МАТЕРИАЛЫ:

• тарелка из алюминиевой фольги или противень для готовки
• ножницы
• карандаш
• клейкая лента или упаковочная лента
• шнурок длиной около 45 см
• ластик
• гайка, болт или другая деталь с малой массой
• источник проточной воды, например кран

Если у вас нет алюминиевой фольги, можно использовать толстый картон.Картонное колесо не прослужит долго под воздействием воды, поэтому вам придется это учитывать. Вы не можете использовать одно и то же колесо снова и снова.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Вырежьте круглое дно пластины из алюминиевой фольги. Если он не круглый, то с помощью циркуля нарисуйте круг в основании и вырежьте его.
2. Сделайте восемь надрезов на одинаковом расстоянии к центру круга из фольги, как показано на схеме сплошными линиями.Заканчивайте каждый надрез примерно на 2 см от центра. Теперь у вас есть восемь треугольных секций.

1. Сложите каждую из секций вверх. Используйте линейку, чтобы получить ровный край. Используйте пунктирные линии на схеме в качестве ориентира.
2. Сделайте небольшое отверстие в центре тарелки. Просуньте карандаш в отверстие. Карандаш должен плотно входить в отверстие. Используйте липкую ленту, чтобы приклеить колесо к карандашу, чтобы колесо вращалось, если вы поворачиваете карандаш.
3. Обвяжите один конец карандаша веревкой. Привяжите маленькую гайку или болт к другому концу веревки.
4. Слегка возьмите каждый конец карандаша между большими и указательными пальцами.
5. Удерживайте колесо под медленной струей воды из водопроводного крана. Обязательно держите колесо так, чтобы лезвия были в воде, как показано на схеме.

ВОПРОСЫ:

Что происходит с алюминиевым колесом, когда его помещают в струю воды?

---

Что происходит с массой, когда алюминиевое колесо находится в потоке воды?

---

---

Кусок массы тянется вращающимся карандашом вверх по мере того, как нить оборачивается вокруг карандаша.

Объясните передачу энергии между падающей водой и подъемом части массы.

---

---

---

Вода обладает гравитационной потенциальной энергией, которая при падении из крана преобразуется в кинетическую энергию.Кинетическая энергия передается на лопасти колеса. Кинетическая энергия токарных ножей передается на карандаш. Вращающийся карандаш тянет шнур вверх, который тянет за собой кусок массы. Кинетическая энергия карандаша передается гравитационной потенциальной энергии части массы, когда она движется вверх.

1. На следующей схеме показан пример гидроэлектростанции.Ответьте на следующие вопросы.

Вода в плотине слева высоко. У него есть способность упасть. Какая энергия у воды?

---

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие вопросы можно использовать в качестве повторного задания на следующий день в классе или в качестве домашнего задания.

Вода обладает потенциальной гравитационной энергией.

Опишите передачу энергии по мере того, как вода стекает по выходу из плотины.

---

Гравитационная потенциальная энергия передается кинетической энергии, когда вода движется / стекает вниз.

Затем проточная вода вращает турбину. Это механическая система. Какая энергия у турбины?

---

Затем генератор передает энергию между двумя системами.Кинетическая энергия в механической системе передается в электрическую энергию в электрической системе, поскольку она генерирует электричество. Какие части составляют электрическую систему на схеме?

---

---

Электрическая система состоит из генератора, линий электропередач, а затем домов / зданий в городе.

Что дает вся эта система? Другими словами, что получает город?

---

Город получает электричество для работы электроприборов, машин, оборудования, освещения и отопления.

Для сбора воды часто строят большую стену плотины. Затем вода проходит через гидроэлектростанцию.

Самая большая плотина в мире.

Большая стена плотины с гидроэлектростанцией. Генераторы внутри гидроэлектростанции. Вода вытекает из дна электростанции и течет вниз по реке.

Турбина может использоваться для передачи кинетической энергии от падающей воды к генератору. Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Генератор состоит из больших металлических катушек, которые движутся в магнитном поле. В некоторых генераторах катушки неподвижны, а магнит вращается, а в других генераторах магниты неподвижны, а катушка вращается. При вращении набора проводящих металлических катушек внутри магнитного поля генерируется электрический ток.

Современный генератор работает на принципе электромагнитной индукции, открытом Майклом Фарадеем в 1831-32 гг.Фарадей обнаружил, что можно вызвать электрический ток, перемещая электрический проводник, например провод, содержащий электрические заряды, в магнитном поле. Движение создает разность потенциалов между двумя концами провода или электрического проводника. Это затем заставляет электрические заряды течь через проводник в виде тока.

Диск Фарадея был первым электромагнитным генератором, изобретенным британским ученым Майклом Фарадеем в 1831 году.

Рисунок диска Фарадея, первого электромагнитного генератора. Он состоял из медного диска, вращающегося между полюсами магнита в форме подковы, для выработки электричества.

Как сделать простой генератор своими руками.

Есть много разных типов генераторов, используемых в разных ситуациях, не только на электростанциях. Некоторые яхты и лодки используют водяные или ветряные генераторы для зарядки своих батарей с помощью небольших гребных винтов в воде или ветряной турбины.Переносные генераторы часто используются в домах и на предприятиях, когда случаются перебои в подаче электроэнергии, чтобы поддерживать работу определенных приборов, таких как освещение и холодильник. Переносные генераторы работают на топливе, таком как бензин, дизельное топливо или бензин, чтобы вращать вал для выработки электроэнергии.

Переносные генераторы производят выхлопные газы, содержащие ядовитые газы, которые при достаточно высоком уровне могут убить человека. При использовании портативного генератора убедитесь, что он находится в хорошо вентилируемом месте и как можно дальше от воды.

Переносной генератор, используемый в домашних условиях.

Небольшие генераторы, называемые динамо-машинами, могут вращаться человеком, вращающим кривошип, и используются в таких устройствах, как портативные радиоприемники и фонарики, особенно в шахтерских касках. Динамо также используются в велосипедных фарах. Динамо-машина в велосипеде состоит из постоянного магнита и нескольких окружающих его витков проволоки и прикреплена к колесу, которое вращается при движении велосипеда. Когда динамо-машина вращается, она генерирует изменяющееся магнитное поле, которое генерирует электричество в окружающих катушках проволоки.

Динамо-машины считаются устройствами, которые появились раньше и привели к разработке современных электрических генераторов, которые сейчас используются во всем мире. Однако динамо-машины все еще используются в некоторых местах, где требуется слабый ток.

Динамо-машина на колесе велосипеда.

Как мы видели, большая часть электроэнергии, вырабатываемой в Южной Африке, использует сжигание угля для производства пара для вращения турбин. Часть электроэнергии вырабатывается с использованием альтернативных источников энергии.Почему их называют альтернативными источниками энергии? Это потому, что они не являются основным источником энергии. Большинство альтернативных источников энергии являются возобновляемыми формами энергии.

Ветряные турбины в море — альтернативный источник энергии.

Это может быть использовано в качестве возможного исследовательского проекта, когда учащиеся исследуют одну из альтернативных электростанций в Южной Африке и представляют плакат о своих выводах. Они должны получить информацию об устойчивости и воздействии на окружающую среду электростанции, работающей на альтернативной энергии, и сравнить ее с электростанцией, работающей на угле.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Изучите различные типы электростанций в Южной Африке.
2. Выберите один из альтернативных источников энергии, используемых в Южной Африке.
3. В качестве альтернативы, ваш учитель может попросить вас сделать это в качестве исследовательского проекта и представить плакат.
4. Напишите здесь абзац, в котором вы обсуждаете исследованную вами электростанцию ​​с альтернативным источником энергии.В своем абзаце включите следующую информацию:
   1. Сравните электростанцию ​​на альтернативной энергии с угольной станцией с точки зрения устойчивости и воздействия на окружающую среду.
   2. Обсудите преимущества и недостатки использования альтернативного источника энергии вместо угля для выработки электроэнергии.
   3. Включите ваши ссылки.

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Атомная энергетика в ЮАР

• атомная энергетика
• деление ядра
• ядерный синтез
• радиоактивный

В Южной Африке есть только одна коммерческая атомная электростанция — электростанция Кёберг в Кейптауне. Мы собираемся поближе познакомиться с ядерной энергетикой.

Атомная электростанция Кеберг недалеко от Кейптауна.

Прежде чем мы рассмотрим ядерное деление, давайте пересмотрим модель атома, о которой мы уже узнали. Обозначьте следующую схему модели атома.

Помеченный атом должен выглядеть следующим образом:

Большинство атомных ядер стабильны. Но есть некоторые элементы, которые нестабильны. Ядра в этих нестабильных элементах спонтанно испускают частицы, что называется излучением.Ядро, которое испускает излучение, называется радиоактивным . Радиоактивный распад — это процесс, когда нестабильное ядро ​​атома испускает частицы. Затем он «распадается» на атом другого типа с другой массой.

Как работает атомная энергетика.

Ядерная энергия впервые использовалась для производства электроэнергии в начале 20 века, когда исследователи обнаружили, что радиоактивные материалы, такие как радий и уран, при распаде выделяют большое количество энергии.Однако долгое время использование ядерной энергии не считалось практичным или возможным для производства электроэнергии.

Возможно, вы впервые узнали о ядерном синтезе в Gr 8 Planet Earth and Beyond, когда посмотрели на источник энергии в нашем Солнце.

Это изменилось в 1930-х годах с открытием ядерного деления . Во время деления ядра ученые разделили ядро ​​атома на два атома меньшего размера.Это высвобождает огромное количество энергии. Существует также другой способ высвобождения энергии в атоме во время ядерного синтеза. Ядерный синтез — это когда два атома соединяются вместе, чтобы образовался новый, более крупный атом. Во время обеих ядерных реакций выделяется огромное количество тепла и излучения.

Атомная бомбардировка Нагасаки 9 августа 1945 года.

Атомные бомбы используют процессы ядерного деления или ядерного синтеза. Разрушительные последствия ядерных бомб все еще наблюдаются сегодня в Хиросиме и Нагасаки в Японии, где две ядерные бомбы были сброшены во время Второй мировой войны.

Ядерная энергетика использует ядерное деление, ядерный синтез и ядерный (радиоактивный) распад. Уран — это нестабильный элемент, который очень медленно подвергается радиоактивному распаду. Это делает уран хорошим выбором для использования в качестве топлива на атомных электростанциях. Поэтому атомные электростанции используют уран и вызывают ядерное деление, чтобы высвободить тепло и излучение. Давайте заглянем внутрь атомной электростанции, такой как электростанция Кёберг.

Переверните свою рабочую тетрадь и найдите уран в Периодической таблице.Он имеет символ U и атомный номер 92.

Основное отличие атомной электростанции от других электростанций, таких как угольные электростанции, заключается в способе нагрева воды для производства пара.

Атомная электростанция имеет корпус ядерного реактора. Атомной электростанции необходимо контролировать огромное количество энергии, выделяемой при ядерном делении урана, чтобы генерировать электрическую энергию. Ядерный реактор — это устройство, в котором происходят и контролируются ядерные реакции.Уран формируется в таблетки, которые складываются в длинные стержни, называемые активной зоной реактора. Стержни вместе составляют пучок, который погружают в воду для предотвращения перегрева и плавления. Связка урановых стержней также содержит регулирующие стержни, которые помогают контролировать процесс.

Управляющие стержни также могут использоваться для остановки реактора в случае аварии или для замены уранового топлива.

В марте 2011 года тысячи японских граждан покинули территорию вокруг АЭС Фукусима-Дайичи после мощного землетрясения, вызвавшего цунами, серьезно повредившего электростанцию.Вода вытекла из реактора, что привело к перегреву и частичному расплавлению ядерного топлива.

Большое количество энергии, производимой реакциями ядерного деления в урановых топливных стержнях, нагревает воду с образованием пара. Пар используется для вращения больших турбин, которые передают кинетическую энергию генераторам, которые вырабатывают электричество таким же образом, как и на других электростанциях.

И термоядерный синтез, и ядерное деление перспективны для использования в космосе для приведения в движение космических аппаратов.Ядерное деление также используется на подводных лодках, чтобы продвигать их вперед. Это называется ядерной морской силовой установкой.

Атомные подводные лодки (документальный).

Большинство электростанций Южной Африки сжигают уголь, чтобы произвести достаточно тепла, чтобы вскипятить воду. Единственная разница в атомной электростанции — это то, как вырабатывается энергия для нагрева воды и производства пара.

Как уже упоминалось, ядерное топливо радиоактивно.Излучение, которое испускает топливо, опасно и может быть очень вредным, поскольку оно может проникать в наши тела и повреждать наши клетки. Поэтому работникам атомных электростанций необходимо принимать дополнительные меры предосторожности. Ядерный реактор также находится в специальном контейнере, который действует как барьер для излучения.

Возможно, вы слышали некоторые дискуссии вокруг использования ядерного топлива на электростанциях. Есть много сторонников, но также много критиков. Давайте посмотрим на некоторые преимущества и недостатки использования ядерного топлива.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Обсудите и ответьте на следующие вопросы.
2. Затем вы будете разделены на группы для дополнительного чтения и исследования, а также проведете дебаты за и против развития ядерной энергетики в Южной Африке.

Какие преимущества ядерного топлива? Обсудите это со своим партнером и запишите свои ответы ниже.

---

---

---

---

---

Самым большим преимуществом является то, что ядерная энергетика не зависит от ископаемого топлива. Электростанции, работающие на ископаемом топливе, выбрасывают в атмосферу огромное количество углекислого газа, что способствует парниковому эффекту и изменению климата. Поэтому на него также не влияют постоянно меняющиеся цены на нефть и газ. Использование ядерного топлива также очень эффективно, поскольку огромное количество электроэнергии вырабатывается с использованием лишь небольшого количества топлива.Это связано с чрезвычайно большим количеством энергии, выделяющейся при делении ядер. У нас не закончится ядерное топливо.

Ядерное деление производит примерно в миллион раз больше энергии на единицу массы, чем альтернативные ископаемые виды топлива.

Одним из основных недостатков является то, что однажды использованное ядерное топливо не может быть выброшено на городскую свалку. Отработанное ядерное топливо — это высокоактивные радиоактивные отходы.Радиация также может нанести вред животным и растениям. Эти ядерные отходы необходимо утилизировать осторожно и правильно, чтобы радиация не могла нанести большой ущерб. Со временем ядерные отходы распадутся до безопасного уровня радиоактивности, но на это уйдут тысячи лет. А пока его нужно хранить так, чтобы он не причинил вреда и не попал в руки производителей ядерного оружия. Это увеличивает стоимость использования ядерного топлива. У некоторых людей также есть сомнения по поводу атомных электростанций, поскольку вероятность расплавления ядерного реактора катастрофична.

В 1986 году украинский ядерный реактор в Чернобыле взорвался и выбросил 50 тонн радиоактивного материала в этот район, уничтожив леса и вызвав эвакуацию 30 000 человек. Впоследствии тысячи людей умерли от рака и других болезней.

Действующие атомные электростанции по всему миру.

Исследования и дебаты:

Споры о том, является ли ядерная энергия ответом на растущий международный энергетический кризис, очень актуальны.Это возможность для учащихся провести небольшое исследование плюсов и минусов увеличения зависимости мира от ядерной энергии. Было бы неплохо побудить учащихся найти надежные источники информации. Им следует смотреть на статьи и исследования, написанные учеными и людьми, обладающими реальным опытом и знаниями, а не непрофессионалами. Разделите класс на две группы; те, кто за использование ядерной энергии, и те, кто против использования ядерной энергии. Позвольте каждой группе исследовать доказательства, подтверждающие их позицию, а затем позвольте им обсудить весь класс.В споре нет правильного вывода. Было бы интересно посмотреть, заставят ли исследования и дебаты некоторых из них изменить свою позицию, за или против. Предлагаем посмотреть выступление TED о ядерной энергии.

Вам необходимо провести дальнейшие исследования преимуществ и недостатков ядерной энергетики. Ваш учитель поместит вас в группу, которая либо поддерживает, либо не поддерживает использование ядерной энергии и ее дальнейшее развитие в Южной Африке.Обсудите с одноклассниками, является ли ядерная энергия решением нашего развивающегося энергетического кризиса. Вам необходимо обосновать свою точку зрения и обосновать свои заявления в поддержку или против ядерной энергетики.

В дебатах каждому человеку должна быть предоставлена ​​возможность высказать свое мнение и возможность отреагировать на другие мнения.

Документальный фильм о катастрофе на Фукусиме.

Теперь мы собираемся посмотреть, что происходит с электричеством, вырабатываемым на электростанции, будь то угольная, атомная или гидроэлектростанция.

Национальная электросеть

• национальная электросеть
• трансформатор
• линий передачи
• пилон
• скачок напряжения

Национальная энергосистема — это сеть взаимодействующих частей, которые образуют одну большую систему для обеспечения электроэнергией всех секторов экономики.Все начинается на электростанциях, где вырабатывается электроэнергия. Затем электростанции подают электрический ток в большие линии электропередач, называемые линиями передачи. Существует огромная сеть линий электропередачи, которая простирается по всей стране. Линии электропередачи поддерживаются пилонами.

По национальным линиям электропередач электричество передается от электростанций по всей стране.

На следующей схеме показана угольная электростанция, подключенная к национальной электросети.

На электростанциях генерируются очень большие токи. Линии передачи имеют некоторое сопротивление. Если бы электростанции передавали электроэнергию большими токами, что, по вашему мнению, произошло бы с линиями электропередачи? Подсказка: помните, что мы узнали об эффектах сопротивления.

---

---

---

Передача электричества при очень высоких токах по проводам, имеющим сопротивление, может привести к нагреву проводов, и, таким образом, много энергии будет потрачено впустую в виде тепла в окружающую среду.

Чтобы предотвратить потерю энергии, электрический ток передается по линиям передачи с очень высоким напряжением и низким током.

Однако эти напряжения слишком высоки для использования как в частных домах, так и в коммерческих зданиях. В наших домах и зданиях нам снова нужны низкое напряжение и большой ток.

Трансформаторы используются для изменения напряжений в разных точках сети. Как вы можете видеть на предыдущей диаграмме, электричество сначала проходит через трансформатор, а затем поступает в национальные линии электропередачи.Это повышающий трансформатор, поскольку он увеличивает напряжение и снижает ток. Когда электричество достигает подстанции для местного распределения, используется понижающий трансформатор, который снова снижает напряжение и увеличивает ток.

Все системы в национальной электросети подключены, и это означает, что скачок напряжения или перегрузка сети могут вызвать отключение электроэнергии и сбои во всей сети. Что такое скачок напряжения?

Скачок напряжения — это внезапное повышение напряжения где-то в электрической цепи.Скачок напряжения вызывает увеличение силы тока. Это внезапное увеличение силы тока может повредить чувствительные цепи.

Удары молнии рядом с линией электропередачи могут вызвать скачок напряжения. Другие причины скачков напряжения или перегрузки сети включают неисправную проводку, а также приборы или оборудование, которым требуется много энергии при включении и выключении. Эти внезапные потребности или превышения энергии вызывают кратковременные изменения напряжения, которые могут вызвать скачок напряжения. В национальной сети есть несколько точек, которые могут обнаружить скачок напряжения или перегрузку сети.Если они обнаружены, то питание в этой области отключается.

• Национальная электросеть — это сеть взаимодействующих частей. Если одна часть системы повреждена, это повлияет на всю сеть.
• Электроэнергия в Южной Африке в основном производится на угольных электростанциях.
• На угольной станции уголь сжигается для нагрева воды с образованием пара. Пар вращает турбину, которая заставляет генератор производить электричество.
• Помимо угля, существуют альтернативные источники энергии для привода турбин, такие как ветер, гидроэнергетика, нагретый солнцем пар, ядерная энергия и энергия приливов и отливов.
• Koeberg — единственная атомная электростанция в Южной Африке.
• Атомные электростанции используют ядерное топливо, такое как уран, для выработки тепла и излучения путем деления ядер. Это нагревает воду, чтобы произвести пар для вращения турбины.
• Ядерное топливо очень энергоэффективно, поскольку большое количество энергии получается из очень небольшой массы ядерного топлива.При использовании ядерного топлива нет выбросов парниковых газов.
• Атомные электростанции образуют радиоактивные отходы, которые необходимо надлежащим образом утилизировать. Существует много споров по поводу использования ядерного топлива.
• Национальная электросеть — это система, доставляющая электроэнергию по всей стране.
• Электроэнергия под высоким напряжением и низким током передается по национальным линиям электропередачи, чтобы уменьшить нагревательный эффект проводов и минимизировать потери энергии.
• Трансформаторы необходимы для повышения напряжения, когда электроэнергия покидает электростанцию ​​и поступает в национальную сеть, а также для понижения напряжения для местных распределительных сетей и потребителей.

Концептуальная карта

Заполните концептуальную карту на следующей странице, чтобы резюмировать эту главу, посвященную производству и доставке электроэнергии.

Преподавательская версия

Как вы думаете, почему мы можем называть национальное электроснабжение сетью ? [2 балла]

---

---

Это связано с тем, что линии электропередач составляют сеть по всей стране, которая представляет собой замкнутую цепь.Это система.

Какой основной источник энергии для электростанций в Южной Африке? [1 балл]

---

Почему возобновляемые источники энергии называют альтернативными формами энергии? [2 балла]

---

---

Это связано с тем, что основным источником энергии по-прежнему является уголь.Любая другая форма энергии является альтернативой основному виду угля.

Посмотрите схему электростанции. Напишите абзац, чтобы описать процесс производства электроэнергии на угольной электростанции. [6 баллов]

---

---

---

---

---

---

Абзац должен содержать следующие пункты:

• уголь добыт и доставлен на угольную станцию ​​
• уголь измельчается, чтобы сделать его более мелким
• уголь сжигается в печи
• энергия используется для кипячения воды
• пар крутит турбину
• турбина вращает генератор, вырабатывающий электричество

Объясните передачу энергии, которая происходит на угольной электростанции.[4 балла]

---

---

---

---

Уголь сжигается и выделяет энергию. Энергия, выделяемая горящим углем, используется для нагрева воды. У частиц воды достаточно энергии, чтобы превратиться из жидкости в пар. Пар поднимается вверх, и кинетическая энергия частиц пара передается лопаткам турбины. Лопатки турбины получают кинетическую энергию и вращаются.

Что такое атомная энергетика? [2 балла]

---

---

Ядерная энергия — это использование ядерных реакций (ядерного деления) для получения полезного тепла и излучения.

Где находится южноафриканская атомная электростанция? [1 балл]

---

В Кёберге, недалеко от Кейптауна.

В чем разница между ядерным делением и ядерным синтезом? [2 балла]

---

---

Ядерное деление — это когда атомное ядро ​​разделяется на два меньших ядра, а ядерный синтез — это когда два атомных ядра соединяются вместе, чтобы сформировать большее.

Напишите абзац, чтобы объяснить различия и сходства между угольной электростанцией и атомной электростанцией. [4 балла]

---

---

---

---

Абзац должен содержать следующие пункты:

• Угольная электростанция сжигает уголь для производства тепла, необходимого для кипячения воды для производства пара, вращающего турбину.
• Атомные электростанции используют ядерное топливо для выработки тепла путем ядерного деления, чтобы нагреть воду для производства пара, который толкает лопасти турбины.
• Обе станции вращают турбину, которая вращает генератор.

Напишите абзац, чтобы сравнить, как использование угля влияет на окружающую среду по сравнению с тем, как использование ядерного топлива влияет на окружающую среду.[4 балла]

---

---

---

---

---

---

Учащимся следует обсудить, как добыча угля вредит окружающей среде. Они также должны обсудить тот факт, что сжигание ископаемого топлива приводит к увеличению количества парниковых газов в атмосфере, что способствует изменению климата. Учащиеся могут обсудить тот факт, что ядерное топливо не производит парниковых газов.Однако отработанное ядерное топливо по-прежнему радиоактивно, и поэтому его необходимо безопасно хранить в течение очень длительных периодов времени, чтобы оно не нанесло вред окружающей среде или каким-либо организмам.

Изучите следующую схему и ответьте на следующие вопросы.

Доля электроэнергии, произведенной с использованием ядерного топлива, в каждой стране в 2013 г.

1. В какой стране самый высокий процент электроэнергии, производимой с использованием ядерного топлива? [1 балл]

   ---

2. Какой процент энергии в Южной Африке вырабатывается с использованием ядерного топлива? [1 балл]

   ---

3. Почему на этой диаграмме не показаны все страны мира? [1 балл]

   ---

4. Нарисуйте гистограмму, чтобы сравнить процент электроэнергии, произведенной с использованием ядерного топлива, чтобы сравнить Южную Африку, Францию, Соединенные Штаты Америки, Соединенное Королевство, Индию и Китай.[6 баллов]

1. Франция.

2. Это 5%.

3. Не во всех странах есть атомные электростанции, поэтому здесь показаны только те, которые имеют ядерную энергетику.

4. Учащиеся должны нарисовать гистограмму с полосами, которые не касаются [1 отметка]. Они должны предоставить заголовок [1 балл], метки для каждой из осей [2 балла] и построить правильные процентные значения для каждой из перечисленных стран [3 балла].

Почему мы можем рассматривать национальную электросеть как систему? [2 балла]

---

---

Национальная электросеть — это система, состоящая из разных частей, работающих вместе для доставки электроэнергии.Изменение одной части сетки повлияет на другие части.

Мы можем разделить национальную электросеть на 4 основных этапа. Это:

A: Генерация (здесь вырабатывается электроэнергия)

B: Передача (электроэнергия поступает в линии электропередач национальных сетей и передается)

C: Распределение (электричество распределяется от подстанций в различные города и районы)

D: Потребители (здесь электроэнергия переводится на полезные выходы энергии)

Используйте эту информацию, чтобы написать буквы A, B, C и D на схеме национальной электросети, чтобы обозначить эти этапы.[4 балла]

Почему по линиям электропередачи передается электричество при высоком напряжении и низкой силе тока? [3 балла]

---

---

В линиях передачи есть сопротивление.Если сила тока очень высока, то линии теряют много энергии в виде тепла. Производить электроэнергию дорого, и мы не хотим тратить ее зря. Если ток низкий, то в линиях тратится меньше энергии.

Для большинства бытовых приборов требуется напряжение 220 — 240 В. Если в линиях электропередачи очень много электроэнергии, как мы можем ее использовать? [2 балла]

---

---

Трансформаторы используются для изменения напряжения с высокого на низкое, чтобы не повредить бытовую технику в наших домах.

Почему нужно защищать компьютер от скачков напряжения? [2 балла]

---

---

Для чувствительных цепей в компьютере требуются небольшие токи. Скачок напряжения вызывает сильный ток в цепи.Это может повредить проводку в цепи и остановить ее работу.

Итого [50 баллов]

Как вырабатывается электроэнергия — Электростанции и производство электроэнергии

Все гидроэлектростанции Дравске электрарне Марибор на реке Драва (за исключением гидроэлектростанций Златоличье и Формин) в основном построены таким образом, что русло реки перекрывается плотиной. железобетонный барьер.В шлагбауме установлены турбины и генераторы. Каждая турбина соединена с генератором вертикальным валом.

В барьерах также есть водосбросы со шлюзами, которые используются для выпуска излишков воды через барьер. За барьером образуется резервуар, и в то же время высота барьера определяет каплю воды, необходимую для питания турбины. Мощность турбины зависит от размера капли воды и количества воды, протекающей через турбину.Вода приводит в движение турбину, которая, в свою очередь, приводит в действие электрогенератор, вырабатывающий электричество по принципу электромагнитной индукции.

Производство электричества по принципу электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция основана на том факте, что каждое вещество состоит из атомов, содержащих субатомные частицы с электрическим зарядом. У атома есть ядро ​​с протонами и нейтронами, а также электроны, которые связаны с ядром.Электроны заряжены отрицательно, а ядро ​​содержит такое же количество положительно заряженных протонов. Внешне атом электрически нейтрален. Субатомные частицы с одинаковым электрическим зарядом отскакивают друг от друга, а частицы с разным зарядом притягиваются друг к другу. Что отличает материалы, так это то, насколько тесно электроны связаны с ядрами в своих атомах. Вещества, в которых электроны прочно связаны с ядрами, являются электрическими изоляторами. У них нет свободных электронов и они не проводят электрический ток.

Однако электрические проводники — это вещества, в которых электроны движутся свободно (у них есть свободные электроны). Если такой проводник (обычно медный провод) помещается в магнитное поле и перемещается в сторону от направления поля, к электронам в проводнике прикладывается сила, толкая их к одному концу проводника (в зависимости от направление движения). Так образуется избыток электронов. Поскольку они имеют отрицательный электрический заряд, мы говорим об отрицательном электрическом потенциале.Такой же дефицит электронов создается на другом конце проводника, который имеет положительный потенциал. Разница между потенциалами равна напряжению и называется индуцированным напряжением . Он индуцирует электрический ток, если обе стороны проводника соединены токопроводящим проводом.

Следовательно, электрический ток — это направленное движение электронов по проводнику от точки избытка электронов к точке их дефицита. Сила электрического тока зависит от величины индуцированного напряжения и электрического сопротивления соединительного проводника.Чем длиннее проводник, тем выше наведенное напряжение, тем сильнее магнитное поле и тем больше скорость движения проводника. Неважно, движется ли проводник в магнитном поле или он статичен, а магнитное поле движется. Описанный принцип электромагнитной индукции используется в электрических генераторах для производства электроэнергии.

Электрогенераторы состоят из статора (неподвижная часть), ротора (вращающаяся часть) и электромагнитных полюсов, установленных на торце ротора.Статор сделан из железа. В статоре размещены электрические проводники, которые соединены друг с другом таким образом, что наведенные напряжения в отдельных проводниках складываются. Такая система соединенных проводов называется обмоткой статора. Магнитные полюса установлены на торце ротора. Чередуются северный и южный полюс. Магнитное поле создается между северным и южным полюсами через воздушный паз и статор, так что обмотка находится в магнитном поле. При вращении ротора устанавливается движение магнитного поля относительно проводников обмотки.В обмотке индуцируется электрическое напряжение , которое можно измерить между началом и концом обмотки. Начало и конец обмотки называют выводами генератора. К этим клеммам подключаются электрические проводники, и получаемое электричество передается пользователям.

Передача электроэнергии

В первые дни использования электроэнергии электростанции были небольшими по сравнению с сегодняшними, и электрогенераторы непосредственно обеспечивали электроэнергией находящихся поблизости потребителей.На них подавалось напряжение, которое не могло быть слишком высоким из-за опасности поражения людей электрическим током. Первые генераторы производили так называемый постоянный ток, в котором ток всегда течет в одном и том же направлении.

Использование электричества благодаря ряду преимуществ быстро росло, и стала очевидной потребность в более мощных станциях, которые можно было бы строить рядом с подходящими ресурсами (реки, угольные шахты). Однако проблема передачи электроэнергии удаленным пользователям осталась, поскольку потребовались бы чрезвычайно большие участки линий электропередачи, чтобы минимизировать уровень потерь энергии во время передачи.