Электроэнергетика. 2
Содержание
Введение………………………………………………………
1 История открытий в электроэнергетике
2 Понятие об электроэнергетике…………………………………
3 Значение электроэнергетики в мировом хозяйстве её отраслевой состав, влияние НТР на её развитие…………………………………… ……………….………………….7
4 Основные функции электроэнергетики ……………………………..…8
Заключение …………………………………………………
Список используемой
литературы……..…………………………………………
Электроэнергетика - отрасль промышленности, занимающаяся производством электроэнергии на электростанциях и передачей ее потребителям.
Энергетика является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики.
Энергетическая промышленность является частью топливно-энергетической промышленности и неразрывно связана с другой составляющей этого гигантского хозяйственного комплекса - топливной промышленностью.
Электроэнергетика России играет огромную роль в обеспечении нормального функционирования экономики страны. Страна занимает второе место в мире после США по производству электроэнергии, действует Единая энергетическая система, оставшаяся "в наследство" от СССР, и несколько локальных региональных систем. Главный потребитель электроэнергии - промышленность (около 60%). Там электроэнергия используется в качестве двигательной силы и для осуществления ряда технологических процессов. То, что продукция электроэнергетики не может накапливаться, а передается по линиям электропередачи, значительно расширяет географию размещения предприятий. Размещение предприятий самой электроэнергетики зависит от расположения топливно-энергетических ресурсов и потребителей. Производство электроэнергии в России обладает высокой степенью централизации (доля электроэнергии, производимой на электростанциях общего пользования) - 98,1% в 2008 г.
Важная особенность
Общая длина линий электропередач составила 2.5 млн километров. Более 1.10 миллиона человек занято в электроэнергетике.
Текущая задача российской электроэнергетики - правильное и целесообразное использование ресурсов уже имеющихся предприятий этой отрасли, что невозможно без эффективного сотрудничества с другими отраслями промышленности.
1. История открытий в электроэнергетике
Открытие и применение электричества было одним из величайших достижений человечества. Этому предшествовали усилия многих и многих людей разных профессий в разные эпохи. Попробуем перечислить в исторической последовательности некоторые наиболее
известные открытия, изобретения, примеры применения электричества и вспомнить их создателей.
В античной Греции на стыке VII-VI вв. до н.э. купец, философ и ученый Фалес Милетский натирал меховой шкуркой кусок окаменевшей смолы – янтарь, который после этого получал способность
притягивать к себе различные легкие предметы: перо птицы, сухие листочки и т.п.
Спустя много столетий элементарную заряженную частичку (несущую единичный электрический заряд) стали называть электрон (по-гречески – янтарь).
В V в. до н.э. вблизи древнего города Магнезия (территория современной Турции) находили удивительные путеводные продолговатые камни. Они, подвешенные на длинных нитях, всегда указывали одно направление. Это были куски магнитной руды, которая впоследствии получила свое название в честь города, где была найдена.
Первые сведения о применении электричества для металлизации сосудов относятся к III в. до н.э. (применение в ремесле). Использовались электроды из меди и железа, а электролитом являлось вино.
Электродвижущая сила такого
химического источника
Потом эти открытия были частично или полностью утеряны (или забыты), человечество изобретало и открывало их вновь.
Основоположником науки о магнетизме является англичанин У. Гильберт (1540-1603), (рис. 17). В 1600 г. вышел труд У. Гильберта “О магните, магнитных телах и большом магните – Земле”,в котором он описывает разные полюса у магнита (северный и южный), поведение одинаковых и разноименных полюсов, способы намагничивания железа.Он первый указал на наличие магнитного поля Земли, посвятив этому открытию 18 лет жизни и поставив около 600 опытов, создал первоем электроизмерительное устройство – электроскоп и назвал электрическими тела, способные электризоваться.
Первым источником электроэнергии уже нашей эры стал электростатический генератор (трибоэлектрический), изобретенный в 1663 г. мэром Магдебурга Отто фон Герике (рис. 18).
Он изготовил шар из серы, который вращали вручную (трением поверхности руками). В результате на шаре накапливался электрический заряд. Мощность шара была менее 1 Вт. Казалось бы пустяк, однако с его помощью были открыты многие важные явления и свойства электричества. В 1675 г. И. Ньютон описал электризацию тел.
Может возникнуть впечатление, что XVII век немногое внес в развитие науки об электричестве, но именно тогда был заложен ее фундамент и дан мощный импульс к разнообразным исследованиям электрических явлений следующих столетий.
Ф. Хауксби в 1705 г. создал электрический генератор, используя вместо серного шара стеклянный. В 1743 г. в такую машину был введен скользящий контакт, который снимал заряд, и машина смогла при вращении непрерывно отдавать электрическую энергию.
С. Грей в 1729 г. заметил, что одни вещества проводят электричество, а другие не проводят.
Ш. Дюфе в начале XVIII в. открыл электрическое взаимодействие заряженных тел – притяжение разноименных и отталкивание одноименных тел.
В середине XVIII в. в Лейдене была создана «лейденская банка» – прообраз электрического конденсатора. Открытие этого конденсатора принадлежит преподавателю физики голландцу Мушенбруку и немецкому священнику фон Клейсту. Заряжалась “лейденская банка” с помощью серного шара фон Герике.
“Лейденская банка” представляла собой стеклянную банку с остатками ртути на внутренней поверхности. Через пробку в нее вставлялся гвоздь, а снаружи банка обертывалась металлической фольгой. Гвоздь и фольга служили электродами, а стекло (диэлектрик) накапливало заряд от серного шара Герике.
Опыт с заряженной
“лейденской банкой”
Пытаясь зарядить “лейденскую банку” от небесного электричества (молнии), в 1753 году погиб товарищ М.В.Ломоносова Г.В.Рихман.
Михаил Васильевич Ломоносов,
родоначальник отечественной
М.В. Ломоносов много занимался “ небесным электричеством”, описывал электрические явления и способ получения электричества искусственным путем – труд “Об електрической силе…”.
Со своим другом Г. В. Рихманом они проделали множество наблюдений и опытов с небесным электричеством – молнией, северным сиянием. Ломоносов высказал очень важную мысль о возможности передачи электричества на большие расстояния и о практическом использовании электричества для металлизации поверхности металлов (1747 г.); только через 100 лет Б.С. Якоби открывает и применяет гальванопластику.
Георг Вильгельм Рихман (1711 – 1753) создал в Петербурге лабораторию по исследованию электрических явлений, изготовил целый ряд электроизмерительных приборов.
Параллельно с М.В. Ломоносовым
проводил опыты с «небесным
Молниеотвод от шаровых молний был изобретен русским инженером Б. Игнатовым в XX в.
В 1759 г. академик Российской Академии Ф. Эпинус (1724 –1802) открыл и объяснил электрическую поляризацию, существование силовых магнитных линий, взаимодействие электрических и магнитных масс.
Из перечисленного выше невольно напрашивается жизненно важный вывод (над которым мы редко задумываемся): первые и очень важные открытия в любой области знаний нередко совершают
специалисты других разделов науки или деятельности.
Подтвердим это высказывание еще некоторыми примерами.
Итальянец Луиджи Гальвани (1737-1798) (рис. 20), заведующий кафедрой анатомии, в 1791 г. опубликовал труд ”Трактат о силах электричества при мышечном движении”.
Он открыл существование электрических токов внутри живых существ, препарируя железным скальпелем лежащую на медном блюде лягушку ( разные металлы!).
Это открытие через 121 год дало толчок исследованиям человеческого организма с помощью биоэлектрических токов. Обнаруживались больные органы при исследовании их электрических сигналов. Работа любого органа (сердца, мозга) сопровождается биологическими электрическими
сигналами, имеющими для
каждого органа свою форму. Если орган
заболевает, сигналы изменяют свою
форму, и при сравнении «здоровых»
и «больных» сигналов обнаруживаются
причины заболевания.Опыты
В 1800 г. А. Вольта объявил Лондонскому Королевскому обществу об изобретении вольтова столба. Свой источник электричества он назвал в честь Гальвани гальваническим элементом. Это был источник электричества более мощный, чем генератор Герике. Этот источник состоял из большого количества малых элементов, каждый из которых содержал две пластинки из пары разных металлов: медь – свинец или серебро – цинк, между котоыми находилась пористая, пропитанная кислотой (или щелочью), прокладка.
Набирая, следовательно большое количество таких элементов, Вольта получал электрохимический источник электричества напряжением до 2 кВ. Этого было уже достаточно для исследования электричества, получения электрической дуги, электродуговой свечи, сваривания металлов и т.п. А. Вольта в это время было 56 лет. Наполеон за это открытие вручил ему в 1801 г. Большую Золотую медаль. Батарейки, которыми мы сейчас пользуемся в часах, приемниках и др. – это те же, но усовершенствованные, вольтовы столбики – гальванические элементы.
В 1821 г. был изобретен еще один источник электричества – термоэлемент. Профессор Т.И. Зеебек (1770-1831) обнаружил, что, если один спай двух разнородных металлов A и B (например, медь-константан) нагреть (Tг), а второй спай охладить (Tх), или просто не нагревать, то возникает термоэлектродвижущая сила.
k n
U A B = ln A (T г ?T х ) ,
q nB
где k – постоянная Больцмана, q – заряд электрона, n – плотность электронов.
Ж. Пельтье (1785-1845) открыл противоположное явление в 1834 году. Если к одному из спаев двух разнородных проводников приложить постоянное электрическое напряжение, то один из спаев будет нагреваться, а другой охлаждаться.
QП = ПI ? ,
где QП – теплота Пельтье, П – коэффициент пары металлов, I –ток, ? – время.
С изобретением каждого
нового источника электричества
ученыес интересом
- Понятие об электроэнергетике
Электроэнергетика является базовой инфраструктурной отраслью, обеспечивающей внутренние потребности народного хозяйства и населения в электроэнергии, а также экспорт в страны ближнего и дальнего зарубежья. От ее функционирования зависят состояние систем жизнеобеспечения и развитие экономики России.
Электроэнергетика — это отрасль экономики, включающая комплекс экономических отношений, возникающих в процессе производства, передачи электроэнергии, оперативно-диспетчерского управления, сбыта и потребления энергии с использованием производственных объектов.
Электроэнергетика наряду
с другими отраслями народного
хозяйства рассматривается как
часть единой народно - хозяйственной
экономической системы. В настоящее
время без электрической
- возможностью превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и другие) с наименьшими потерями;
- способностью относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах;
- огромным скоростям протекания электромагнитных процессов;
- способности к дроблению энергии и образование ее параметров (изменение напряжения, частоты).
- невозможностью и, соответственно, ненужностью ее складирования или накопления.
Основным потребителем электроэнергии остается промышленность, хотя ее удельный вес в общем полезном потреблении электроэнергии значительно снижается. Электрическая энергия в промышленности применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственно в технологических процессах. В настоящее время коэффициент электрификации силового привода в промышленности составляет 80%. При этом около 1/3 электроэнергии расходуется непосредственно на технологические нужды. Отрасли, зачастую не использующие электроэнергию напрямую для своих технологических процессов являются крупнейшими потребителями электроэнергии.
Энергетической системой электроэнергетики называют совокупность электрических станций, электрических и тепловых сетей, соединённых между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и теплоты при общем управлении этим режимом.
Энергетика является
определяющим фактором и для экономики,
и для экологии. От нее зависит
экономический потенциал
Наша планета наполнена энергиями, которые взаимодействуют с ней, с человеком на ее поверхности, с Космосом. Все – энергия! Дух – энергия, материя – энергия, мельчайший атом – энергия.
Производственная база электроэнергетики представлена комплексом энергетических объектов: электростанций, подстанций, котельных, электрических и тепловых сетей, обеспечивающих совместно с другими предприятиями, а также строительными и монтажными организациями, НИИ, проектными институтами — функционирование и развитие электроэнергетики.
Технологическую основу функционирования электроэнергетики составляют электрические станции всех типов, единая национальная (общероссийская) электрическая сеть, территориальные распределительные сети и единая система диспетчерского управления.
Экономическая основа функционирования отрасли включает систему отношений связанных с производством и оборотом электрической энергии на оптовом и розничном рынках энергии и мощности.
Существуют три основных типа электростанций.
1. Тепловые электростанции, на которых вырабатывается 70% производимой в России электроэнергии. Это связано с меньшими затратами на сооружение ТЭС, возможностью равномерной по сезонам выработки энергии, использованием разнообразных видов топлива – от самых низкокачественных (торф и сланца) до самых концентрированных, возможностью широкого их размещения в связи с транспортабельностью топлива. Крупнейшие ТЭС России: Сургутская, Костромская, Рефтинская.
2. Гидроэлектростанции (ГЭС) позволяют вырабатывать самую дешевую электрическую энергию, использовать возобновляемые ресурсы энергии. Кроме того, этот вид электростанций не загрязняет окружающую среду. Однако строительство этих станций обходится гораздо дороже, чем ТЭС, привязано к определенным районам и участкам рек, продолжается дольше, связано с потерями земель при сооружении ГЭС на равнинах, наносит ущерб рыбному хозяйству. Выработка энергии на ГЭС зависит от климатических условий и меняется по сезонам. Крупнейшие ГЭС России построены на Енисее (Красноярская, Саяно-Шушенская) и Ангаре (Братская, Усть-Илимская). Крупные ГЭС построены также на Волге (волжская, Саратовская).
3. Атомные электростанции
(АЭС) строились в районах,
3. Значение электроэнергетики в мировом хозяйстве её отраслевой состав, влияние НТР на её развитие
Электроэнергетика входит в состав топливно-экономического комплекса, образуя в нем, как иногда говорят «верхний этаж». Можно сказать, что она относится к так называемым «базовым» отраслям промышленности. Эта её роль объясняется необходимостью электрификации самых различных сфер человеческой деятельности. Развитие электроэнергетики является неприемлемым условием развития других отраслей промышленности и всей экономики государств. Энергетика включает в себя совокупность отраслей, снабжающих другие отрасли энергоресурсами. В нее входят все топливные отрасли и электроэнергетика, включая разведку, освоение, производство, переработку и транспортировку источников тепловой и электрической энергии, а также самой энергии. Динамика мирового производства электроэнергетики показана на рис 1 , из которого вытекает, что во второй половине ХХ в. выработка электроэнергии увеличилась почти в 15 раз. На протяжении всего этого времени темпы роста спроса на электроэнергию превышали темпы роста спроса на первичные энергоресурсы.
Рис 1 Динамика мирового производства электроэнергии, млрд. кВт. час
На протяжении всего
этого времени темпы роста
спроса на электроэнергию превышали темпы роста спроса на первичные
энергоресурсы. В первой половине 1990-х
гг. ни составляли соответственно 2,5% и
1,55 в год.
Электрическая энергия – универсальный,
эффективный технически и экономический
вид используемой энергии. Важна также
экологическая безопасность использования
и передачи по сравнению со всеми видами
топлива (учитывая сложности и экологическую
составляющую при их транспортировке)
Таблица 1
Производство электроэнергии в мире и в некоторых странах на электрических станциях разного типа (2001г.)
Страны мира |
Производство электроэнергии (млн кВт/ч) |
Доля производства электроэнергии (%) | |||
ТЭС |
ГЭС |
АЭС |
другие | ||
США |
3980 |
69,6 |
8,3 |
19,8 |
2,3 |
Япония |
1084 |
58,9 |
8,4 |
30,3 |
0,4 |
Китай |
1326 |
79,8 |
19,0 |
1,2 |
- |
Россия |
876 |
66,3 |
19,8 |
13,9 |
- |
Канада |
584 |
26,4 |
60,0 |
12,3 |
1,3 |
Германия |
564 |
63,3 |
3,6 |
30,3 |
2,8 |
Франция |
548 |
79,7 |
17,8 |
2,5 |
- |
Индия |
541 |
7,9 |
15,3 |
76,7 |
0,1 |
Великобритания |
373 |
69,0 |
1,7 |
29,3 |
0,1 |
Бразилия |
348 |
5,3 |
90,7 |
1,1 |
2,6 |
Мир в целом |
15340 |
62,3 |
19,5 |
17,3 |
0,9 |
Вместе с тем именно рост потребления электроэнергии связан с теми сдвигами, которые формируются в промышленном производстве под воздействием НТП: автоматизацией и механизацией производственных процессов, широким применением электроэнергии в технологических процессах, повышением степени электрификации всех отраслей хозяйства. Также значительно выросло потребление электроэнергии населением в связи с улучшением условий и качества жизни населения, широким распространением радио- и телеаппаратуры, бытовых электроприборов, компьютеров (в том числе использование всемирной компьютерной сети Интернет). С глобальной электрификацией связан неуклонный рост производства электроэнергии на душу населения планеты ( с 381 кВт/ч 1950г. до 2400 кВт/ч в 2001г.). В число лидеров по данному показателю входят Норвегия, Канада, Исландия, Швеция, Кувейт, США, Финляндия, Катар, Новая Зеландия, Австралия (т.е. особенно выделяются страны с небольшой численностью населения и в основном экономически развитые)
Увеличение расходов на НИОКР в области энергетики значительно улучшило показатели работы тепловых станций обогащение угля, совершенствование оборудования ТЭС, повышение мощности агрегатов (котлов, турбин, генераторов). Ведутся активные научные исследования в области ядерной энергетики, использования геотермальной и солнечной энергии и т. д.
4. Основные функции электроэнергетики.
К основным функциям электроэнергетической отрасли относятся:
- обеспечение спроса на энергию в краткосрочном и долгосрочном периоде;
- производство электроэнергии и тепла на базе использования возобновляемых и невозобновляемых энергоресурсов;
- передача электроэнергии по высоковольтным воздушным и кабельным сетям и тепловой энергии по магистральным тепловым сетям;
- распределение электроэнергии по сетям среднего и низкого напряжения и тепла по распределительным тепловым сетям между конечными потребителями;
- сбыт электроэнергии и тепла по тарифам, приемлемым для каждой категории потребителей;
- обеспечение надежного энергоснабжения и качественных параметров энергоносителей, соответствующих нормативным или договорным условиям;
- проектирование, строительство, эксплуатация и ремонт объектов электроэнергетики;
- проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в электроэнергетической отрасли;
- соблюдение экологических нормативов.