Использование электрической энергии

Использование электрической энергии

  Электрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни. Переход от индустриального  общества  к  "информационной  цивилизации"

стал возможен во многом благодаря развитию энергетики и  обеспечению  удобной передаче и применении видом энергии - электрической энергией.

  Электрическая энергия — это способность электромагнитного поля производить работу, наиболее совершенный и универсальный вид, сравнительно легко преобразующийся в другие виды энергии.

На сегодняшний день электрическая энергия остается главной  составляющей  жизни  человека. Она дает  возможность  создавать  различные материалы,  является  одним из главных факторов при  разработке  новых  технологий.  Попросту  говоря,  без освоения  различных   видов   энергии   человек   не   способен   полноценно существовать.

  Электрическая энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими видами энергии:

1. Транспортабельность – уникальная способность  передачи электроэнергии по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями. (электрическая энергия посредством проводов передаётся на сотни километров и более).
2. Дробимость – удобно распределять между потребителями.
3. Превращаемость – энергию легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю (нагревание тел), энергию света и т.д. Ф. Энгельс писал: «Паровая машина нас учит теплоту превращать в механическое движение, но применение электричества даёт нам возможность обращения всех форм энергии, механического движения, теплоты, света, магнетизма, электричества, из одной в другую, и обратно».
4. Применение электрической энергии как в установках большой мощности, так и в малой. (на электростанции проходит установка сразу нескольких мощных машин и это даёт возможность одновременно производить огромное количество электроэнергии ; существуют и маленькие генераторы в миллионы раз меньше по сравнению с самым мощным турбогенератором. Речь идет о «вечном» электрофонарике).
5. Электрическая энергия почти мгновенно передаётся на расстояние. В секунду скорость передачи электрической энергии равна 300000 километрам. Данное свойство крайне необходимо при электрической связи по проводам, таким как телеграф, телефон, передачи различных сигналов и команд, как радиотелеграф, радиотелефон, а также сверхточным измерительным устройствам и т.п.

  В наше время уровень производства и потребления энергии - один из важнейших показателей развития производственных сил общества. Ведущую при этом роль играет электроэнергия – самая универсальная и удобная для использования форма энергии.  Она производится на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.

Существует два  основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

Типы электростанций:

 

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая  электрическую

энергию в  результате  преобразования  тепловой  энергии,  выделяющейся  при

сжигании органического  топлива.

На  тепловых  электростанциях  химическая  энергия   топлива   преобразуется

сначала  в  механическую,  а  затем  в  электрическую.  Топливом  для  такой

электростанции могут  служить уголь, торф, газ, горючие  сланцы, мазут. Сооружать  КЭС  выгодно  в  непосредственной близости от мест добычи  топлива.  При  этом  потребители     электроэнергии

могут находиться на значительном расстоянии от станции.

Гидроэлектрическая  станция  (ГЭС),  комплекс  сооружений  и   оборудования,

посредством  которых  энергия  потока  воды  преобразуется в электрическую

энергию. ГЭС состоит  из последовательной цепи  гидротехнических  сооружений,

обеспечивающих необходимую  концентрацию потока воды  и  создание  напора,  и

энергетического  оборудования,    преобразующего  энергию   движущейся   под

напором воды в механическую  энергию  вращения,  которая,  в  свою  очередь,

преобразуется в электрическую  энергию.

Особое место среди  ГЭС занимают гидроаккумулирующие  электростанции (ГАЭС)  и

приливные  электростанции  (ПЭС).  

ПЭС преобразуют энергию морских приливов  в электрическую.  Электроэнергия

приливных  ГЭС  в  силу  некоторых  особенностей,  связанных  с  периодичным

характером приливов и отливов,  может  быть  использована  в  энергосистемах

лишь совместно  с  энергией  регулирующих электростанций, которые  восполняют

провалы мощности приливных  электростанций в течение суток  или месяцев.

Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная)

энергия преобразуется  в электрическую. Генератором энергии на  АЭС  является

атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе  в  результате  цепной

реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем  так  же,  как  и  на

обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется  в  электроэнергию.

Альтернативные источники энергии:

Энергия солнца.

В последнее время  интерес к проблеме использования  солнечной  энергии  резко

возрос,   ведь   потенциальные   возможности   энергетики,   основанной   на

использование непосредственного  солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Пока еще электрическая  энергия,  рожденная  солнечными  лучами,   обходится

намного  дороже, чем  получаемая традиционными  способами. 

Ветровая энергия.

Огромная энергия  движущихся воздушных масс. Климатические   условия  позволяют   развивать ветроэнергетику на огромной территории.

Усилиями  ученых  и инженеров  созданы  самые  разнообразные  конструкции  современных  ветровых установок.

Энергия Земли.

Издавна  люди  знают   о   стихийных    проявлениях    гигантской   энергии,

таящейся в недрах земного  шара. Энергия  Земли  пригодна  не  только  для  отопления  помещений,но  и  для  получения  электроэнергии.  Уже  давно

работают электростанции, использующие горячие подземные  источники.   Первая

такая электростанция,  совсем еще  маломощная, была построена в 1904  году  в

небольшом итальянском городке Лардерелло.    

 

     Передача  электроэнергии.

       рансформаторы.

   Электрический ток вырабатывается в генераторах -  устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К таким устройствам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи.

Электрический ток никогда  не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовать  почти без потерь энергии.  Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется с помощью трансформаторов.

рис. 1 

 

Трансформатор — очень  простое устройство, которое позволяет,  как  повышать,

так и понижать напряжение. Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который  надеты две (иногда и более) катушки с проволочными  обмотками  (рис.  1).  Одна  из обмоток,  называемая  первичной,  подключается   к   источнику   переменного напряжения.  Вторая  обмотка,  к  которой  присоединяют  «нагрузку»,  т.  е.  приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной  индукции. В житейской практике часто приходится иметь дело с  трансформаторами.  Кроме тех трансформаторов, которыми мы пользуемся волей-неволей  из-за  того,  что промышленные приборы рассчитаны на  одно  напряжение,  а  в  городской  сети используется  другое,  —  кроме  них  приходится  иметь  дело   с   бобинами автомобиля. Бобина —  это  повышающий  трансформатор.  Для создания  искры, поджигающей рабочую  смесь,  требуется  высокое  напряжение,  которое  мы  и получаем от аккумулятора  автомобиля,  предварительно  превратив  постоянный ток аккумулятора в переменный с помощью  прерывателя.  Нетрудно  сообразить, что с точностью до потерь энергии, идущей на нагревание трансформатора,  при

повышении напряжения уменьшается  сила тока, и наоборот. Для сварочных аппаратов  требуются  понижающие  трансформаторы.  Для  сварки нужны очень сильные токи, и трансформатор сварочного  аппарата  имеет  всего лишь один выходной виток. Вы, наверное, обращали внимание, что  сердечник  трансформатора  изготовляют из тонких листиков стали. Это сделано для того, чтобы не терять энергии  при преобразовании напряжения. В листовом материале вихревые токи  будут  играть меньшую роль, чем в сплошном.

 

 Передача  электроэнергии

Потребители  электроэнергии  имеются  повсюду.   Производится   же   она   в

сравнительно   немногих   местах,   близких   к   источникам   топливных   и

гидроресурсов. Поэтому возникает необходимость передачи  электроэнергии  на

расстояния, достигающие  иногда сотен километров.

Но  передача  электроэнергии  на  большие  расстояния  связана  с  заметными

потерями.  Дело  в  том,  что,  протекая  по  линиям  электропередачи,   ток

нагревает их. При большой длине линии передача энергии  может

стать вообще экономически невыгодной. Для уменьшения потерь можно,  конечно,

идти  по  пути  уменьшения  сопротивления  R  линии  посредством  увеличения

площади поперечного  сечения проводов. Но для уменьшения R, к примеру, в  100

раз нужно увеличить  массу  провода  также  в  100  раз.  Ясно,  что  нельзя

допустить такого большого расходования дорогостоящего цветного  металла,  не

говоря уже о трудностях закрепления тяжелых проводов на высоких мачтах и т.

п. Поэтому потери энергии  в линии снижают другим путем: уменьшением  тока  в

линии.  Например,  уменьшение   тока   в   10   раз   уменьшает   количество

выделившегося в проводниках  тепла в  100  раз,  т.  е.  достигается  тот  же

эффект, что и от стократного утяжеления провода.

Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на  напряжение,

то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить  напряжение  в  линии

передачи. Причем, чем  длиннее  линия  передачи,  тем  выгоднее  использовать

более высокое напряжение. Так, например,  в  высоковольтной  линии  передачи

Волжская ГЭС —  Москва используют напряжение в 500 кв. Между  тем  генераторы

переменного тока строят на напряжения, не превышающие  16—20  кв.,  так  как

более высокое напряжение потребовало бы принятия более  сложных  специальных

мер для изоляции обмоток  и других частей генераторов.

Поэтому  на  крупных  электростанциях  ставят   повышающие   трансформаторы.

Трансформатор увеличивает  напряжение в линии во столько же раз,  во  сколько

уменьшает силу тока. Потери мощности при этом невелики.

Для   непосредственного   использования    электроэнергии    в    двигателях

электропривода станков, в осветительной  сети и для других  целей  напряжение

на концах  линии  нужно  понизить.  Это  достигается  с  помощью  понижающих

трансформаторов.  Причем  обычно  понижение  напряжения   и   соответственно

увеличение  силы  тока  происходит  в  несколько  этапов.  На  каждом  этапе

напряжение становится все меньше, а территория,  охватываемая  электрической

сетью, - все шире. Схема передачи и распределения  электроэнергии  приведена

на рисунке.

 

Электрические  станции  ряда  областей  страны   соединены   высоковольтными

линиями  передач,  образуя  общую  электросеть,   к   которой   присоединены

потребители.  Такое  объединение  называется  энергосистемой.  Энергосистема

обеспечивает бесперебойность  подачи энергии потребителям не зависимо  от  их

месторасположения.

 

         

                       

 

Использование электроэнергии.

Использование электроэнергетики в различных  областях науки.

Главным потребителем электроэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70 % производимой энергии. Крупным потребителем является транспорт. Все большее количество железнодорожных линий переводится на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от электростанций для производственных и бытовых нужд. О применении электроэнергии для освещения жилищ и в бытовых электроприборах знает каждый.

Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для  технологических целей( электросварка, электрический нагрев, плавление металлов, электролиз). Современная цивилизация немыслима без широкого использования электроэнергии. Нарушение снабжения электроэнергией большого города при аварии парализует его жизнь.

ХХ век стал веком, когда наука  вторгается во  все сферы жизни общества: экономику, политику, культуру, образование и т.д.  Естественно,  что наука непосредственно  влияет  на   развитие   энергетики   и   сферу   применения электроэнергии.  С  одной  стороны  наука  способствует   расширению   сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление,  нос   другой   стороны   в   эпоху,   когда    неограниченное    использование невозобновляемых  энергетических  ресурсов  несет  опасность   для   будущих поколений,  актуальными  задачами   науки   становятся   задачи   разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь.Около  80%  прироста  ВВП развитых  стран   достигается   за   счет технических инноваций,  основная  часть  которых  связана  с  использованием электроэнергии.  Все  новое  в  промышленность,  сельское  хозяйство  и  быт приходит к нам благодаря новым разработкам в различных отраслях науки. Большая часть научных разработок начинается  с  теоретических  расчетов.  Но если в ХIХ веке эти расчеты производились с помощью пера и бумаги, то в  век НТР    все  теоретические  расчеты,  отбор  анализ  научных  данных   и   даже   лингвистический   разбор   литературных произведений  делаются  с  помощью  ЭВМ , которые работают на электрической энергии, наиболее удобной для передачи  ее на расстояние и использования. Но если первоначально ЭВМ использовались  для научных расчетов, то теперь из науки компьютеры пришли в жизнь. Сейчас они используются во всех сферах деятельности человека: для  записи  их ранения информации, создания архивов, подготовки и редактирования  текстов,выполнения чертежных  и  графических  работ,  автоматизации  производства  исельского  хозяйства.  Электронизация   и   автоматизация   производства   - важнейшие   последствия   "второй   промышленной"   или   "микроэлектронной"революции в экономике развитых стран.  Все новые теоретические разработки  после расчетов  на ЭВМ  проверяются  экспериментально.  И,   как   правило,   на   этом   этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических  анализов и т.д. Здесь инструменты научных исследований многообразны -  многочисленные измерительные     приборы,     ускорители,      электронные      микроскопы ,магниторезонансные  томографы и т.д.  Основная  часть этих   инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии. Очень бурно развивается  наука  в  области  средств  связи  и  коммуникаций. Спутниковая связь используется уже  не  только  как  средство  международной связи, но и в быту - спутниковые антенны  не  редкость  и  в  нашем  городе. Новые средства связи, например  волоконная  техника,  позволяют  значительно снизить потери  электроэнергии  в  процессе передачи  сигналов  на  большие расстояния. Не обошла наука  и  сферу  управления.  По  мере  развития  НТР,  расширения производственной и непроизводственной сфер деятельности человека, все  более важную роль в повышении их  эффективности  начинает  играть  управление.  До  начала  "кибернетической"   революции   существовала   только   бумажная Информатика, основным средством восприятия  которой  оставался  человеческий мозг, и которая не использовала электроэнергию. "Кибернетическая"  революция породила  принципиально  иную  -   машинную   информатику,   соответствующую гигантски возросшим  потокам  информации,  источником  энергии  для  которой служит  электроэнергия.  Созданы   совершенно   новые   средства   получения информации, ее накопления, обработки и передачи, в  совокупности  образующие сложную  информационную  структуру.  Она  включает  АСУ  (автоматизированные системы  управления),  информационные   банки   данных,   автоматизированные информационные базы, вычислительные центры, видеотерминалы, копировальные  и фото телеграфные  аппараты,   общегосударственные   информационные   системы, системы спутниковой и  скоростной  волокнисто-оптической  связи  -  все  это неограниченно расширило сферу использования электроэнергии.

Электроэнергия  в производстве. Современное   общество    невозможно    представить    без    электрификации производственной деятельности. Уже  в  конце  80-х  годов  более  1/3 всего потребления энергии в мире осуществлялось в виде  электрической  энергии.  К началу следующего века  эта  доля  может  увеличиться  до  1/2.  Такой  рост потребления электроэнергии прежде всего связан с  ростом  ее  потребления  впромышленности.  Основная  часть  промышленных   предприятий   работает   на электрической энергии. Высокое  потребление  электроэнергии  характерно  для таких    энергоемких    отраслей,    как    металлургия,    алюминиевая    имашиностроительная промышленность.

Электроэнергия в быту.

Электроэнергия в быту неотъемлемый помощник. Каждый  день  мы  имеем  с  ней

дело, и, наверное, уже  не представляем свою жизнь без нее. Вспомните,  когда

последний  раз  вам  отключали  свет,  то  есть   в  ваш  дом  не  поступала

электроэнергия, вспомните, как вы ругались, что ничего не  успеваете  и  вам

нужен свет, вам нужен  телевизор, чайник и куча других электроприборов.  Ведь

если нас обесточить навсегда, то мы просто вернемся  в  те  давние  времена,

когда еду готовили на костре и жили в холодных вигвамах.

Значимости  электроэнергии  в  нашей  жизни  можно  посветить  целую  поэму,

настолько она важна  в нашей жизни и настолько  мы привыкли  к  ней.  Хотя  мы

уже и не замечаем, что она поступает к нам в дома, но  когда  ее  отключают,

становится очень не комфортно.

 

 

 

 

Использование электроэнергии

  

Энергетика  обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики.

Научно-технический  прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет  механизация и автоматизация  производственных процессов, замена человеческого труда (особенно тяжелого или монотонного) машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций).

Энергетическая  промышленность является частью топливно-энергетической промышленности и неразрывно связана  с другой составляющей этого гигантского  хозяйственного комплекса - топливной  промышленностью.

Электроэнергетика наряду с другими отраслями народного  хозяйства рассматривается как  часть единой народно-хозяйственной  экономической системы. В настоящее  время без электрической энергии  наша жизнь немыслима. Электроэнергетика  вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Представить без электроэнергии наш быт также невозможно. Столь широкое распространение объясняется ее специфическими свойствами:

• возможности превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и другие);
• способности 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).

Основным  потребителем электроэнергии остается промышленность, хотя ее удельный вес  в общем полезном потреблении  электроэнергии во всём мире 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.

В сельском хозяйстве  электроэнергия применяется для  обогрева теплиц и помещений для  скота, освещения, автоматизации ручного  труда на фермах.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортном комплексе. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированный железнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорог за счет увеличения скорости движения поездов, снижать себестоимость перевозок, повышать экономию топлива. Электрифицированный номинал железных дорог в России, составлял по протяженности 38% всех железных дорог страны и около 3% железных дорог мира, обеспечивает 63% грузооборота железных дорог России и 1/4 мирового грузооборота железнодорожного транспорта. В Америке и, особенно в странах Европы, эти показатели несколько выше.

Электроэнергия  в быту является основной частью обеспечения  комфортабельной жизни людей. Многие бытовые приборы (холодильники, телевизоры, стиральные машины, утюги и другие) были созданы благодаря развитию электротехнической промышленности.

Сегодня по потреблению  электроэнергии на душу населения Россия уступает 17 странам мира, среди которых  США, Франция, Германия, от многих из этих стран отстает и по уровню электровооруженности труда в промышленности и сельском хозяйстве. Потребление электроэнергии в быту и сфере услуг в России 2-5 раз ниже, чем в других развитых странах. При этом эффективность и результативность использования электроэнергии в России заметно меньше, чем в ряде других стран.

Электроэнергетика - важнейшая часть жизнедеятельности человека. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных сил общества и возможности научно-технического прогресса.

эффективность и энергосбережение:

Потребность в  электроэнергии постоянно увеличивается  как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя способами. 
Самый естественный и единственный на первый взгляд способ - строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных. Однако строительство новой крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат. При этом тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ. Одновременно они наносят большой ущерб экологическому равновесию на нашей планете. 
Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом. Приоритет должен быть отдан увеличению энергоэффективности и энергосбережению при использовании электроэнергии, а не росту мощности электростанций. 
Имеется множество возможностей повышения энергоэффективности использования электроэнергии в быту: в холодильных установках, телевизорах, компьютерах и т. д. Сэкономленные средства можно использовать для разработки устройств энергоэффективных и экологически безопасных, например, преобразующих солнечную энергию в электрическую. Большие надежды возлагаются на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций. Такие устройства не будут представлять столь большой опасности, как обычные атомные электростанции.