Реферат: Производство электроэнергии
Производство,распределение и передача электроэнергии
Развитие современного общества, построение материально-технической базынемыслимо без увеличения выработки энергии. Для использования энергии еесначала надо произвести, передать на значительные расстояния и распределитьмежду многочисленными и разнообразными потребителями.
Электрические станции предназначены для преобразования различных видовэнергии в электрическую. Оп роду первичной энергии, преобразуемой специальнымиагрегатами в электрическую, электрические станции подразделяются на тепловые,гидравлические и атомные. Идет также разработка электростанций новой генерации– плазменных, на основе термоядерных реакторов.
На тепловых электрических станциях (ТЭС) химическая энергия сжигаемоготоплива преобразуется в паровом котле в энергию водяного пара, приводящего вдвижение паровую турбину, соединенную с генератором. Механическая энергиявращения турбины преобразуется генератором в электрическую. Отработанный парпоступает в конденсатор и превращается в воду. Далее с помощью насоса водаподается в паровой котел и цикл повторяется. Тепловую энергию, необходимую дляработы парового котла, получают в результате сжигания природного газа, твердоготоплива или жидкого топлива. В зависимости от типа первичного двигателяразличают паротурбинные, газотурбинные, паромашинныеи дизельные тепловые станции. Последние два типа первичных двигателейиспользуют на небольших местных ТЭС, в том числе и сельскохозяйственных.
Большинство ТЭС оборудовано паровыми турбинами, имеющими ряд преимуществпо сравнению с другими первичными двигателями. Паровую турбину можно изготовитьс частотой вращения, равной частоте вращения генератора, и соединить ихнепосредственно друг с другом. Паровые турбины обладают равномерным ходом, чтоважно для получения постоянной частоты электрического тока.
Тепловые паротурбинные электрические станции делятся на два типа: конденсационные и теплофикационные. Конденсационныестанции служат только для выработки электроэнергии. На теплофикационных, кроме электрической,вырабатывают также и тепловую электроэнергию, направляемую ближайшимпотребителям в виде пара или горячей воды.
Конденсационными станциями (КЭС) называются станции, отработанный паркоторых подвергается охлаждению в специальных устройствах – конденсаторах.Такие станции строят вблизи мест добычи топлива и водных источников, т.к. дляих работы требуется большое количество воды, поэтому, как правило, онирасположены вдали от непосредственных потребителей электроэнергии.Электрическая энергия от таких станций передается по линиям электропередачинапряжением 35 – 110 кВ и выше. Мощные конденсационные станции называютсягосударственными районными станциями или просто районными. Такие станции имеюткоэффициент полезного действия (КПД) неболее 40%.
Теплофикационные электростанции, которые вырабатывают в основном тепловуюэнергию, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Их сооружают вблизипотребителя тепла. Снабжение электроэнергией от ТЭЦ осуществляется на болеенизких напряжениях (обычно 6 – 10 кВ). КПД ТЭЦ составляет 70 – 80%, а приособых режимах он достигает 85%.
Вы когда-нибудь задумывались, зачем нужны повышающие и понижающиетрансформаторные подстанции? Оказывается, при передаче больших мощностей отэлектростанции к потребителю по линиям электропередачи возникают большие потериэлектричества. Это связано с рассеиванием мощности на самих проводах вследствиеих внутреннего сопротивления. Поэтому необходимо повышать напряжение в сетях, ане ток, т.к. при повышении тока рассеиваемая мощность на проводах прямопропорциональна текущему току в квадрате.
К тепловым электрическим станциям относятся также атомные электростанции(АЭС). Они представляют собой сложные электрические установки. На нихиспользуется тепловая энергия распада атомного ядра изотопа урана или тория.Чтобы получить тепловую энергию распада атомного ядра длительно, а не в видевзрыва, и управлять ею, применяют специальные атомные котлы, называемыереакторами, со специальными замедлителями. По существу атомная электростанцияявляется тепловой, т.к. тепловая энергия распада атомного ядра черезспециальные теплоносители передается воде, преобразуемой в пар, которыйприводит в движение турбогенератор. Однако вследствие интенсивногорадиоактивного излучения требуется сооружение специальных средств для защиты отизлучения, что существенно отличает атомные электростанции от обыкновенныхтепловых.
Атомный котел (реактор) электростанции состоит из графитовых блоков,графит которых служит одновременно замедлителем. В графитовых блоках сделаныцилиндрические отверстия, в которые помещаются тонкостенные стальные трубки.Внутрь каждой трубки вставляется стержень из атомного горючего, покрытыйзащитным слоем. В каналы между стержнем и стенками стальных трубок нагнетаетсяохлаждающий теплоноситель, обладающий свойством незначительно поглощатьнейтроны, которые выделяются в процессе цепной реакции. Теплоносителем можетбыть тяжелая вода, газ, металл (натрий или висмут). Система отбора тепла,осуществляемая этим теплоносителем, должна отводить очень большое количествотепла. Чем выше допускаемая температура теплоносителя, тем выше КПД всейэнергетической установки, который для современных атомных электростанцийсоставляет 25 – 35%.
Строительство новых АЭС не останавливается. По состоянию на 1 января 2003года в мире в эксплуатации находилось 438 энергоблоков АЭС по сравнению с 434,зарегистрированными в 1998 году. Много это или мало, судите сами, еслиучитывать тот факт, что их эксплуатация связана с определенным риском. Каждыйпомнит трагедию, произошедшую на Чернобыльской АЭС. Общая электрическаямощность работающих в мире энергоблоков – около 353 ГВт (1 ГВт = 1000 МВт).Действующие атомные электростанции обеспечивают покрытие 17% мировыхпотребностей в электроэнергии. Только в Западной Европе атомные электростанциивырабатывают в среднем около 50% всей электроэнергии.
Многие страны в мире располагают значительными водными богатствами, чтопозволяет успешно использовать энергию водного потока рек для производства электрическойэнергии. Наиболее эффективными являются сооружения крупных гидроэлектростанций(ГЭС) мощностью в сотни тысяч киловатт. Для электрофикациисельскохозяйственных потребителей, особенно в районах, удаленных от сетейэнергосистем, используют небольшие гидроэлектростанции мощностью в несколькотысяч киловатт.
Гидроэлектростанции имеют ряд преимуществ: легко поддаются автоматизации,обладают быстрым запуском, малыми эксплуатационными расходами, а значит, инизкой себестоимостью производимой электроэнергии. Недостатками ГЭС являютсязначительные капитальные вложения, вызванные большими объемами земляных истроительных работ, устройством водохранилищ, плотин, отводных каналов и др.
Производство электроэнергии осуществляется за счет использования энергии падающейводы. Высота падения воды называется напором. Он создается установкой плотины,размещенной поперек реки. Величина напора определяется разницей верхнего уровняводного пространства до плотины и нижнего после ее. Используя полученныйперепад уровней воды, можно привести в действие рабочее колесо гидротурбины изакрепленный на одном валу с ней генератор, вырабатывающий электрический ток.
На гидростанциях не вся энергия водного потока превращается в полезную работу.Часть энергии (до 30%) расходуется на механические сопротивления, потери вгидросооружениях и генераторах.
Гидроэлектростанции обычно работают параллельно с тепловыми станциями,что обеспечивает наиболее экономичное расходование воды, топливных ресурсов инадежное обеспечение потребителей электрической энергией.
КПД гидроэлектростанций значительно выше, чем тепловых или ядерныхэлектростанций, и составляет 80-90%.
Электрическая энергия является наиболее удобным видом энергии и по правуможет считаться основой современной цивилизации. Подавляющее большинствотехнических средств механизации и автоматизации производственных процессов(оборудование, приборы ЭВМ), замена человеческого труда машинным в быту имеютэлектрическую основу.