Электрическая энергия это – » :

Содержание

Электрическая энергия. Определение электрической энергии.

Электрическая энергия — это энергия электромагнитного поля, являющегося особым видом материи. Особым в том смысле, что существует в пустоте. В тоже время обладает энергией:

,

массой:

кг/м2

и количеством движения:

.

Электрическая энергия — это спрособность тела производить работу.

Это поле имеет две составляющие — электрическую и магнитную. Это можно показать на примере линии передачи постоянного тока.

Провода линии изолированы друг от друга и находятся под напряжением U. Следовательно, между проводами возникает электрическое поле. На рисунке силовые линии изображены пунктиром. По проводам протекает электрический ток I. Следовательно, в проводах и вне их создается магнитное поле (сплошные линии на рисунке).

На рисунке видно характерное различие между электрическим и магнитным полями. Силовые линии электрического поля не замкнуты они начинаются и оканчиваются на заряженных проводах. Магнитные силовые линии всегда замкнуты они не имеют ни начала, ни конца.

Связь электрических и магнитных явлений была установлена в двадцатых годах прошлого века, когда Ампер и Эрстед доказали, что электрический ток сопровождается возникновением магнитного поля. Окончательная связь электрического поля и магнитного поля была подтверждена Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции E=-dФ/dt (1831г.)

До создания Доливо – Добровольским м.о. системы трехфазного тока электротехника развивалась как техника постоянного тока.

Теория электромагнитного поля в законченной математической форме была создана Максвеллом в 1873 году.

Введенное Максвеллом представление об электромагнитных волнах подтверждённых, экспериментами Герца об электромагнитных волнах, позволило создать отрасль — радиотехнику.

Генерирование, передача преобразование и потребление электрической энергий возможно лишь при наличии электромагнитного поля.

www.kurstoe.ru

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ — это… Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ? 💯 ✅



ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
один из самых важных видов энергии. Электроэнергия в своей конечной форме может передаваться на большие расстояния потребителю.
См. также ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ.
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
Производство и распределение электроэнергии. На районной (т.е. приближенной к источникам энергоресурсов) электростанции электроэнергия вырабатывается чаще всего электромашинными генераторами переменного тока. Для уменьшения потерь при ее передаче и распределении напряжение, снимаемое на выходные электрогенератора, повышается трансформаторной подстанцией. Затем электроэнергия передается по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) на большие расстояния, которые могут измеряться сотнями километров. К ЛЭП подключен ряд распределительных подстанций, отводящих электроэнергию к местным центрам электропотребления. Поскольку далее электроэнергия передается по улицам и населенным районам, на подстанциях напряжение для безопасности еще раз понижается трансформаторами. К понижающим трансформаторам подстанций подключены линии магистральной сети. В удобных точках этой сети устанавливаются пункты ответвления для распределительной сети электропотребителей.

ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ производят электроэнергию, потребляя энергоресурсы, источники которых представлены в верхней части рисунка. Электроэнергия по высоковольтным ЛЭП подводится к распределительным подстанциям, где напряжение понижается до уровня, удобного потребителям. На рисунке не показаны АЭС.
Электростанции. Электростанции разных типов, расположенные в разных местах, могут быть объединены высоковольтными ЛЭП в энергосистему.


В этом случае постоянную (базовую) нагрузку, потребляемую на всем протяжении суток, берут на себя атомные электростанции (АЭС), высокоэффективные паротурбинные тепловые электростанции и электроцентрали (ТЭС и ТЭЦ), а также гидроэлектростанции (ГЭС). В часы повышенной нагрузки к общей сети ЛЭП энергосистемы дополнительно подключаются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), газотурбинные установки (ГТУ) и менее эффективные ТЭС, работающие на ископаемом топливе. Электроснабжение от энергосистем имеет существенные преимущества перед снабжением от изолированных электростанций: улучшается надежность энергоснабжения, лучше используются энергоресурсы района, снижается себестоимость электроэнергии за счет наиболее экономичного распределения нагрузки между электростанциями, уменьшается требуемая резервная мощность и т.д.
Коэффициент нагрузки. Потребительская нагрузка изменяется в зависимости от времени суток, месяца года, погоды и климата, географического расположения и экономических факторов. Максимального (пикового) уровня нагрузка может достигать на протяжении всего лишь нескольких часов в году, но мощность электростанции или энергосистемы должна быть рассчитана и на пиковую нагрузку. Кроме того, избыток, или резерв, мощности необходим для того, чтобы можно было отключать отдельные энергоблоки для технического обслуживания и ремонта. Резервная мощность должна составлять около 25% полной установленной мощности. Эффективность использования электростанции и энергосистемы можно характеризовать процентным отношением электроэнергии (в киловатт-часах), фактически выработанной за год, к максимально возможной годовой производительности (в тех же единицах). Коэффициент нагрузки не может быть равен 100%, так как неизбежны простои энергоблоков для планового технического обслуживания и ремонта в случае аварийного выхода из строя.
КПД электростанции. Термический КПД электростанции, работающей на угле, можно приближенно характеризовать массой угля в килограммах, которая сжигается для получения одного киловатт-часа электроэнергии. Этот показатель (удельный расход топлива) неуклонно снижался от 15,4 кг/кВтЧч в 1920-х до 3,95 кг/кВтЧч в начале 1960-х, но к 1990-м годам постепенно повысился до 4,6 кг/кВтЧч. Повышение в значительной мере объясняется введением пылезолоуловителей и газоочистителей, съедающих до 10% выходной мощности электростанции, а также переходом на экологически более чистый уголь (с низким содержанием серы), на который многие электростанции не были рассчитаны. В процентном выражении термический КПД современной ТЭС не превышает 36%, в основном из-за потерь тепла, уносимого отходящими газами — продуктами горения. У АЭС, работающих при более низких температурах и давлениях, несколько меньший полный КПД — около 32%. Газотурбинные установки с котлом-утилизатором (парогенератором, использующим тепло выхлопных газов) и дополнительной паровой турбиной могут иметь КПД более 40%. Термический КПД паротурбинной электростанции тем больше, чем выше рабочие температуры и давления пара. Если в начале 20 в. эти параметры составляли 1,37 МПа и 260° C, то в настоящее время обычны давления свыше 34 МПа и температуры свыше 590° C (АЭС работают при более низких температурах и давлениях, чем самые крупные ТЭС, поскольку нормативами ограничивается максимально допустимая температура активной зоны реактора). На современных паротурбинных электростанциях пар, частично отработавший в турбине, отбирается в ее промежуточной точке для повторного нагревания (промежуточного перегрева) до исходной температуры, причем могут быть предусмотрены две или более ступеней промперегрева. Пар из других точек турбины отводится для предварительного нагрева питательной воды, подводимой к парогенератору. Такие меры намного повышают термический КПД.
Экономика электроэнергетики. В таблице представлены ориентировочные данные о потреблении электроэнергии на душу населения в некоторых странах мира.

ГОДОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ДУШУ НАСЕЛЕНИЯ




ПАРОТУРБИННЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Основную долю электроэнергии, производимой во всем мире, вырабатывают паротурбинные электростанции, работающие на угле, мазуте или природном газе.
Парогенераторы. Парогенератор паротурбинной электростанции, работающей на ископаемом топливе, представляет собой котельный агрегат с топкой, в которой сжигается топливо, испарительными поверхностями, в трубах которых вода превращается в пар, пароперегревателем, повышающим температуру пара перед подачей в турбину до значений, достигающих 600° C, промежуточными (вторичными) пароперегревателями для повторного перегрева пара, частично отработавшего в турбине, экономайзером, в котором входная питательная вода нагревается отходящим топочным газом, и воздухоподогревателем, в котором топочный газ отдает свое остаточное тепло воздуху, подводимому к топке. Для подачи в топку воздуха, необходимого для горения, применяются вентиляторы, создающие в ней искусственную, или принудительную, тягу. В одних парогенераторах тяга создается вытяжными вентиляторами (дымососами), в других — приточными (напорными), а чаще всего и теми и другими, что обеспечивает т.н. уравновешенную тягу с нейтральным давлением в топке. При сгорании топлива негорючие компоненты, содержание которых может достигать 12-15% полного объема битуминозного и 20-50% бурого угля, оседают на подовине топочной камеры в виде шлака или сухой золы. Остальное проходит через топку в виде пыли, от которой полагается очищать отходящие газы, прежде чем выпускать их в атмосферу. Пылезолоочистка осуществляется циклонами и электрофильтрами, в которых частицы пыли заряжаются и осаждаются на коллекторных проволоках или пластинах, имеющих заряд противоположного знака. Нормативами для новых электростанций ограничивается выброс в атмосферу не только твердых частиц, но и диоксида серы. Поэтому непосредственно перед дымовой трубой в газоходах предусматриваются химические скрубберы, часто устанавливаемые после электрофильтров. В скрубберах (мокрых или сухих) с помощью различных химических процессов из отходящих газов удаляют серу. Из-за высокой требуемой степени пылезолоочистки в настоящее время применяют еще и тканевые рукавные фильтры с встряхиванием и обратной продувкой, содержащие сотни больших тканевых рукавов — фильтровальных элементов.
Электрогенераторы. Электромашинный генератор приводится во вращение т.н. первичным двигателем, например турбиной. Вращающийся вал первичного двигателя связан соединительной муфтой с валом электрогенератора, который обычно несет на себе магнитные полюса и обмотки возбуждения. Магнитное поле тока, создаваемого в обмотке возбуждения небольшим вспомогательным генератором или полупроводниковым устройством (возбудителем), пересекает проводники обмотки статора (неподвижной станины генератора), благодаря чему в этой обмотке наводится переменный ток, который снимается с выходных зажимов генератора. Большие трехфазные генераторы вырабатывают три отдельных, но согласованных между собой тока в трех отдельных системах проводников, напряжение на которых достигает 25 кВ. Проводники присоединены к трехфазному повышающему трансформатору, с выхода которого электроэнергия передается по трехфазным же высоковольтным ЛЭП в центры потребления. Мощные современные турбогенераторы имеют замкнутую систему вентиляции с водородом в качестве охлаждающего газа. Водород не только отводит тепло, но и уменьшает аэродинамические потери. Рабочее давление водорода составляет от 0,1 до 0,2 МПа. Для более интенсивного охлаждения генератора водород может также подаваться под давлением в полые проводники статора. В некоторых моделях генераторов обмотки статора охлаждаются водой.
См. также ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ. В целях повышения эффективности охлаждения и уменьшения размеров генератора ведутся исследования возможности создания генератора, охлаждаемого жидким гелием.
См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
Паровые турбины. Пар от пароперегревателей парогенератора, поступивший в турбину, проходит через систему профилированных входных сопел (сопловой аппарат). При этом давление и температура пара понижаются, а скорость сильно увеличивается. Высокоскоростные струи пара ударяются о венец из рабочих лопаток (с аэродинамическим профилем), закрепленных на роторе турбины, и энергия пара преобразуется в энергию вращения ротора. Пар проходит через последовательность направляющих и рабочих лопаточных решеток, пока его давление не понизится примерно до 2/3 атмосферного, а температура — до уровня (32-38° C), минимально необходимого для предотвращения конденсации пара. На выходе турбины пар обтекает пучки труб конденсатора, по которым прокачивается холодная вода, и, отдавая тепло воде, конденсируется, благодаря чему здесь поддерживается небольшой вакуум. Конденсат, скапливающийся в нижней части конденсатора, откачивается насосами и, пройдя через ряд нагревательных теплообменников, возвращается в парогенератор, чтобы снова начать цикл. Пар для этих нагревательных теплообменников отбирается из разных точек парового тракта турбины со все более высокой температурой соответственно повышению температуры возвратного потока конденсата. Поскольку для конденсатора требуются большие количества воды, крупные ТЭС целесообразно строить рядом с большими водоемами. Если запасы воды ограничены, то строятся градирни. В градирне вода, использованная для конденсации пара в конденсаторе, закачивается на вершину башни, откуда стекает по многочисленным перегородкам, распределяясь тонким слоем по поверхности большой площади. Входящий в башню воздух поднимается за счет естественной тяги или принудительной тяги, создаваемой мощными вентиляторами. Движение воздуха ускоряет испарение воды, которая за счет испарения охлаждается. При этом 1-3% охлаждающей воды теряется, уходя в виде парового облака в атмосферу. Охлажденная вода подается снова в конденсатор, и цикл повторяется. Градирни применяют и в тех случаях, когда вода забирается из водоема, — чтобы не сбрасывать отработанную теплую воду в естественный водный бассейн. Мощность самых крупных паровых турбин достигает 1600 МВт. Ступени высокого, промежуточного и низкого давления могут быть выполнены на одном роторе, и тогда турбина называется одновальной. Но крупные турбины часто выпускаются в двухвальном исполнении: ступени промежуточного и низкого давления монтируются на роторе, отдельном от ступени высокого давления. Максимальная температура пара перед турбиной зависит от типа сталей, применяемых для паропроводов и пароперегревателей, и, как правило, составляет 540-565° C, но может достигать и 650° C.
См. также ТУРБИНА.
Регулирование и управление. Прежде всего необходимо точно поддерживать стандартную частоту вырабатываемого переменного тока. Частота тока зависит от частоты вращения вала турбины и генератора, а поэтому необходимо в полном соответствии с изменениями внешней нагрузки регулировать поток (расход) пара на входе в турбину. Это осуществляется при помощи очень точных регуляторов с компьютерным управлением, воздействующих на входные регулирующие клапаны турбины. Микропроцессорные контроллеры координируют работу разных блоков и подсистем электростанции. Компьютеры, находящиеся в центральной диспетчерской, автоматически осуществляют пуск и останов паровых котлов и турбин, обрабатывая данные, поступающие более чем из 1000 разных точек электростанции. Автоматизированные системы управления (АСУ) следят за синхронностью работы всех электростанций энергосистемы и регулируют частоту и напряжение.
ДРУГИЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Гидроэлектростанции. Около 23% электроэнергии во всем мире вырабатывают ГЭС. Они преобразуют кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию вращения турбины, а турбина приводит во вращение электромашинный генератор тока. Самый крупный в мире гидроэнергоблок установлен в Итайпу на р. Парана, там, где она разделяет Парагвай и Бразилию. Его мощность равна 750 МВт. Всего на ГЭС в Итайпу установлено 18 таких блоков.

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, использующая механическую энергию водотока. Плотина создает подпор воды в водохранилище, обеспечивающем постоянный подвод энергии. Вода истекает через водозабор, уровнем которого определяется скорость течения. Поток воды, вращая турбину, приводит во вращение электрогенератор. По высоковольтным ЛЭП электроэнергия передается на распределительные подстанции.
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) оборудуются агрегатами (гидравлическими и электрическими машинами), которые по своей конструкции способны работать как в турбинном, так и в насосном режиме. В часы малых нагрузок ГАЭС, потребляя электроэнергию, перекачивает воду из низового водоема в верховой, а в часы повышенных нагрузок в энергосистеме использует запасенную воду для выработки пиковой энергии. Время пуска и смены режимов составляет несколько минут.
См. также ГИДРОЭНЕРГЕТИКА.
Газотурбинные установки. ГТУ довольно широко применяются на малых электростанциях, принадлежащих муниципалитетам или промышленным предприятиям, а также в качестве «пиковых» (резервных) блоков — на крупных электростанциях. В камерах сгорания ГТУ сжигается мазут или природный газ, и высокотемпературный газ высокого давления воздействует на рабочие колеса турбины примерно так же, как и пар в паровой турбине. Вращающийся ротор газовой турбины приводит во вращение электрогенератор, а также воздушный компрессор, который подводит к камере сгорания воздух, необходимый для горения. Примерно 2/3 энергии поглощается компрессором; горячие выхлопные газы после турбины выводятся в дымовую трубу. По этой причине КПД газотурбинных установок не очень высок, но зато малы и капитальные затраты в сравнении с паровыми турбинами той же мощности. Если ГТУ используется на протяжении лишь нескольких часов в году в периоды пиковой нагрузки, то высокие эксплуатационные расходы компенсируются низкими капитальными, так что применение ГТУ для обеспечения до 10% полной выходной мощности электростанции оказывается экономически целесообразным. В комбинированных парогазотурбинных энергетических установках (ПГУ) высокотемпературные выхлопные газы газовой турбины направляются не в дымовую трубу, а в котел-утилизатор, который вырабатывает пар для паровой турбины. КПД такой установки выше, чем у лучшей паровой турбины, взятой отдельно (около 36%).
Электростанции с ДВС. На электростанциях, принадлежащих муниципалитетам и промышленным предприятиям, для привода электрогенераторов часто применяются дизельные и бензиновые двигатели внутреннего сгорания.
См. также ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ. У двигателей внутреннего сгорания низкий КПД, что связано со спецификой их термодинамического цикла, но этот недостаток компенсируется низкими капитальными расходами. Мощность самых больших дизелей составляет около 5 МВт. Их преимуществом являются малые размеры, позволяющие с удобством располагать их рядом с электропотребляющей системой в хозяйстве муниципалитета или на заводе. Они не требуют больших количеств воды, так как не приходится конденсировать выхлопные газы; достаточно охлаждать цилиндры и смазочное масло. На установках с большим числом дизелей или бензиновых двигателей их выхлопные газы собираются в коллектор и направляются на парогенератор, что существенно повышает общий КПД.
Атомные электростанции. На АЭС электроэнергия вырабатывается так же, как и на обычных ТЭС, сжигающих ископаемое топливо, — посредством электромашинных генераторов, приводимых во вращение паровыми турбинами. Но пар здесь получается за счет деления изотопов урана или плутония в ходе управляемой цепной реакции, протекающей в ядерном реакторе. Теплоноситель, циркулирующий через охлаждающий тракт активной зоны реактора, отводит выделяющуюся теплоту реакции и непосредственно либо через теплообменники используется для получения пара, который подается на турбины.

АЭС в Блейяре (Франция).
Капитальные расходы на строительство АЭС крайне велики по сравнению с расходами на электростанции, сжигающие ископаемое топливо, той же мощности: в США в среднем около 3000 долл./кВт, тогда как для ТЭС на угле — 600 долл./кВт. Но АЭС потребляет очень малые количества ядерного топлива, а это может оказаться весьма существенным для стран, которым иначе пришлось бы импортировать обычное топливо. См. также
ТЕПЛООБМЕННИК;
ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ;
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА;
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ. Солнечные, ветровые, геотермальные электростанции. Солнечная энергия преобразуется непосредственно в электроэнергию полупроводниковыми фотоэлектрическими генераторами тока, но капитальные затраты на эти преобразователи и их установку таковы, что стоимость установленной мощности оказывается в несколько раз выше, чем на ТЭС. Существует ряд крупных действующих гелиоэлектростанций; самая крупная из них, мощностью 1 МВт, находится в Лос-Анджелесе (шт. Калифорния). Коэффициент преобразования составляет 12-15%. Солнечную радиацию можно также использовать для выработки электроэнергии, концентрируя солнечные лучи при помощи большой системы зеркал, управляемой компьютером, на парогенераторе, установленном в ее центре на башне. Опытная установка такого рода мощностью 10 МВт была построена в шт. Нью-Мексико. Гелиоэлектростанции в США вырабатывают около 6,5 млн. кВтЧч в год. Создатели ветровых электростанций мощностью 4 МВт, построенных в США, встретились с многочисленными трудностями из-за их сложности и больших размеров. В штате Калифорния был построен ряд «ветровых полей» с сотнями малых ветровых турбин, включенных в местную энергосистему. Ветровые электростанции окупаются только при условии, что скорость ветра больше 19 км/ч, а ветры дуют более или менее постоянно. К сожалению, они очень шумны и поэтому не могут располагаться вблизи населенных пунктов.
См. также ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ. Геотермальная электроэнергетика рассматривается в статье
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ.
ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Электроэнергия, вырабатываемая генератором, отводится к повышающему трансформатору по массивным жестким медным или алюминиевым проводникам, называемым шинами. Шина каждой из трех фаз (см. выше) изолируется в отдельной металлической оболочке, которая иногда заполняется изолирующим элегазом (гексафторидом серы). Трансформаторы повышают напряжение до значений, необходимых для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния.
См. также ТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ. Генераторы, трансформаторы и шины соединены между собой через отключающие аппараты высокого напряжения — ручные и автоматические выключатели, позволяющие изолировать оборудование для ремонта или замены и защищающие его от токов короткого замыкания. Защита от токов короткого замыкания обеспечивается автоматическими выключателями. В масляных выключателях дуга, возникающая при размыкании контактов, гасится в масле. В воздушных выключателях дуга выдувается сжатым воздухом или применяется «магнитное дутье». В новейших выключателях для гашения дуги используются изолирующие свойства элегаза. Для ограничения силы токов короткого замыкания, которые могут возникать при авариях на ЛЭП, применяются электрические реакторы. Реактор представляет собой катушку индуктивности с несколькими витками массивного проводника, включаемую последовательно между источником тока и нагрузкой. Он понижает силу тока до уровня, допустимого для автоматического выключателя. С экономической точки зрения, наиболее целесообразным, на первый взгляд, представляется открытое расположение большей части высоковольтных шин и высоковольтного оборудования электростанции. Тем не менее все чаще применяется оборудование в металлических кожухах с элегазовой изоляцией. Такое оборудование необычайно компактно и занимает в 20 раз меньше места, нежели эквивалентное открытое. Это преимущество весьма существенно в тех случаях, когда велика стоимость земельного участка или когда требуется нарастить мощность существующего закрытого распредустройства. Кроме того, более надежная защита желательна там, где оборудование может быть повреждено из-за сильной загрязненности воздуха. Для передачи электроэнергии на расстояние используются воздушные и кабельные линии электропередачи, которые вместе с электрическими подстанциями образуют электросети. Неизолированные провода воздушных ЛЭП подвешиваются с помощью изоляторов на опорах. Подземные кабельные ЛЭП широко применяются при сооружении электросетей на территории городов и промышленных предприятий. Номинальное напряжение воздушных ЛЭП — от 1 до 750 кВ, кабельных — от 0,4 до 500 кВ.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
На трансформаторных подстанциях напряжение последовательно понижается до уровня, необходимого для распределения по центрам электропотребления и в конце концов по отдельным потребителям. Высоковольтные ЛЭП через автоматические выключатели присоединяются к сборной шине распределительной подстанции. Здесь напряжение понижается до значений, установленных для магистральной сети, разводящей электроэнергию по улицам и дорогам. Напряжение магистральной сети может составлять от 4 до 46 кВ.

ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ близ Бергена (Норвегия).
На трансформаторных подстанциях магистральной сети энергия ответвляется в распределительную сеть. Сетевое напряжение для бытовых и коммерческих потребителей составляет от 120 до 240 В. Крупные промышленные потребители могут получать электроэнергию с напряжением до 600 В, а также с более высоким напряжением — по отдельной линии от подстанции. Распределительная (воздушная или кабельная) сеть может быть организована по звездной, кольцевой или комбинированной схеме в зависимости от плотности нагрузки и других факторов. Сети ЛЭП соседних электроэнергетических компаний общего пользования объединяются в единую сеть.
ЛИТЕРАТУРА
Энергетика. Киев, 1971 Долгов П.П. и др. Электроэнергетический комплекс. Харьков, 1985 Веников В.В., Путятин Е.В. Введение в специальность: Электроэнергетика. М., 1988

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество.
2000.

  • ОТОПИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
  • ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ» в других словарях:

  • Электрическая энергия — Электромагнитная энергия  термин, под которым подразумевается энергия, заключенная в электромагнитном поле. Сюда же относятся частные случаи чистого электрического поля и чистого магнитного поля. Эта энергия равна механической работе,… …   Википедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ — см. ЭНЕРГИЯ. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Павленков Ф., 1907 …   Словарь иностранных слов русского языка

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ — энергия определенного вида, выступающая в процессах купли продажи, как товар, отличающийся особыми потребительскими свойствами: совпадением во времени процессов производства, транспортирования и потребления; зависимостью характеристик качества… …   Юридическая энциклопедия

  • электрическая энергия — электроэнергия Широко распространенный термин, используемый для определения количества энергии, отдаваемой электростанцией в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Единица измерения кВт.ч. [Большой энциклопедический словарь]… …   Справочник технического переводчика

  • электрическая энергия — электромагнитная энергия; электрическая энергия Энергия электромагнитного поля, слагающаяся из энергии электрического поля и энергии магнитного поля …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • электрическая энергия — 8 электрическая энергия: Термин, под которым подразумевается энергия, заключенная в электрическом поле de. Elektrische Energie en. Electric energy fr. Énergie électrique Источник: ГОСТ Р 54130 2010: Качество электрической энергии. Термины и… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • электрическая энергия — elektrinė energija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Nagrinėjamojo elektrinio lauko energijos ir jo veikiamų kitų objektų energijos kiekių suma. atitikmenys: angl. electric energy; electrical energy vok. elektrische… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • электрическая энергия — elektrinė energija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electric energy; electrical energy vok. elektrische Energie, f rus. электрическая энергия, f pranc. énergie électrique, f …   Fizikos terminų žodynas

  • электрическая энергия — elektros energija statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Elektros krūvių potencinė energija, sukaupta elektriniame lauke. atitikmenys: angl. electric energy; electric power; electrical energy vok. elektrische Energie, f;… …   Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

  • электрическая энергия — elektros energija statusas T sritis Energetika apibrėžtis Elektros energija yra elektros krūvių potencinė energija, sukaupta elektriniame lauke. atitikmenys: angl. electric energy; electrical energy vok. elektrische Energie, f rus. электрическая… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Книги

  • Электрическая энергия, В.Ф. Миткевич, Воспроизведено в оригинальной авторской орфографии издания 1938 года (издательство`Издательство академии наук СССР`).В… Категория: Математика Издатель: ЁЁ Медиа, Производитель: ЁЁ Медиа, Подробнее  Купить за 2863 грн (только Украина)
  • Электрическая энергия, В.Ф. Миткевич,
    Воспроизведено в оригинальной авторской орфографии издания 1938 года (издательство «Издательство академии наук СССР»)… Категория: Математика и естественные науки Серия: — Издатель: ЁЁ Медиа, Подробнее  Купить за 2213 руб
  • Электрическая энергия. Как она добывается, как она передается, как она потребляется. Выпуск 98, В. Ф. Миткевич, В книге в доступной форме изложены основные законы электротехники, а также способы производства, передачи и потребления электрической энергии. Книга предназначается для лиц, которые не… Категория: Физика Серия: Науку — всем! Шедевры научно-популярной литературы Издатель: ЛКИ, Производитель: ЛКИ, Подробнее  Купить за 576 грн (только Украина)

Другие книги по запросу «ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ» >>

dic.academic.ru

Электрическая энергия и мощность

Основные понятия и определения электротехники

Электрическая энергия — это способность электромаг­нитного поля производить работу, преобразовываясь в другие виды энергии.

Электроэнергия — наиболее совершенный и универсальный вид, сравнительно легко преобразующийся в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую, химическую и др.

Совершение работы связано с перемещением зарядов через элементы, обладающие сопротивлением. Единица измерения электроэнергии (работы) — джоуль (Дж). Она соответствует работе по перемещению заряда в один кулон между точками цепи с напряжением в один вольт: 1 Дж = 1 В • 1 Кл.

Электрическая мощность — это работа по перемещению электрических зарядов в единицу времени.

Различают активную, реактивную и полную мощности.

Активная мощность — это мощность, связанная с преобразованием электроэнергии в тепловую или меха­ническую энергию.

В цепях постоянного тока активная мощность, Вт,

Р ш UI = Р г, в цепях переменного синусоидального тока

(/

где U — действующее значение напряжения, В, U » -~;

л/2

I — действующее значение тока, А, I = ~.

Ф — угол сдвига между векторами напряжения и тока, град.

Реактивная (индуктивная) мощность в цепях перемен­ного синусоидального тока в установившихся режимах связана с созданием магнитных полей в элементах цепи и покрытием потерь на так называемые магнитные поля рассеяния этих элементов.

QL = UI sinq> * I2 xL .

Реактивная (емкостная) мощность в цепях переменного синусоидального тока в установившихся режимах направлена на создание электрических полей в диэлектрических средах элементов цепи.

Qc = UI sincp I2xc .

Единица измерения реактивной мощности — вар.

 

В цепях постоянного тока в установившихся режимах реак­тивные мощности равны нулю.

Полная мощность элемента в цепи переменного синусои­дального тока определяется как геометрическая сумма актив­ной и реактивной мощностей:  •

где z = /Jr2 + (xLxc)z  — полное сопротивление цепи, Ом. Единица измерения полной мощности — В>А

www.proelectro2.ru

Электроэнергия: понятие, особенности

Термин электроэнергия (электрическая энергия, электричество) является физическим и широко распространенным термином. В быту и промышленности он означает процесс производства (выработки), передачи и распределения электроэнергии, которая может быть получена 2 способами:

  • от энергопоставляющей компании;
  • с помощью специальных устройств, называемых генераторами.

Единицей измерения потребления электроэнергии является кВт-час. Электричество обладает рядом положительных свойств и благодаря им она широко применяется во всех отраслях нашего хозяйства и, конечно, в быту. К ним относят:

  1. простоту выработки;
  2. возможность передачи на огромные расстояния;
  3. способность преобразовываться в другие виды энергии;
  4. легко и просто распределяться между разными потребителями.

В настоящее время тяжело представить производство, сельское хозяйство и быт людей без использования электричества. С его помощью освещаются здания, помещения и территории, работает различная техника, оборудование и устройства, передвигается электротранспорт, обогреваются дома и производственные площади, осуществляется связь и многое другое.

Генерация (преобразование различных видов энергии в электрическую) электроэнергии происходит с помощью тепло-, гидро-, ядерной и альтернативной энергетики. Вырабатывается электроэнергия на специальных электростанциях, функционирование и принцип действия которых определяется их названием.

Активная и реактивная электроэнергия

Передача электроэнергии осуществляется по линиям воздушным или кабельным. Такие линии называют электрическими сетями. Расчет потребляемой электроэнергии с абонентами производится с учетом полной мощности тока, проходящего через электрическую цепь. Затраты полной мощности делят на 2 показателя энергии:

  • активная;
  • реактивная.

Активная энергия, которая является составляющей выработанной полной мощности (измеряется в кВ·А), совершает полезную работу и у большинства электроприборов в расчетах она совпадает с ней. Например, если в паспорте на какое-то устройство (утюг, электропечь, обогреватель и т.д.) указана активная мощность в кВт, то и полная мощность будет такой же, только уже в кВ·А.

В электрических цепях с реактивными элементами (емкостной или индуктивной нагрузкой)  часть полной мощности расходуется не на совершение полезной роботы. Это и будет реактивная электроэнергия. Такое понятие характерно для цепей переменного тока. Здесь присутствует такое явление, как несоответствие фазы напряжения фазе тока. Происходит или ее опережение (при емкостной нагрузке) или отставание (при индуктивной нагрузке). Потери происходят из-за нагревания. Многие бытовые и промышленные приборы и оборудование имеют реактивную составляющую (электродвигатели, переносной электроинструмент, бытовая техника и т.д.). Тогда при расчете за потребленную электроэнергию вводят поправочный коэффициент мощности. Обозначается он как cos fi и его величина лежит обычно в пределах от 0,6 до 0,9 (указывается в паспортных данных на конкретное электроустройство). Например, если в паспорте переносного инструмента указана мощность в 0,8 кВт и значение cos = 0,8, то в этом случае полная потребляемая мощность составит — 1 кВт(0,8/0,8). Считается негативным явлением и при уменьшении показателя cos снижается полезная мощность.

Обратите внимание! При отсутствии или потере паспорта на конкретное электроустройство для вычисления полной мощности применяют коэффициент cos = 0,7.

Чем выше значение cos , тем меньше потери активной электроэнергии и, конечно, такое электричество будет стоить дешевле. Для повышения этого коэффициента используются различные компенсирующие устройства. Это могут быть генераторы опережающего тока, батареи конденсаторов и др. устройства.

Помимо передачи по проводникам существует еще беспроводная передача электроэнергии. В данный момент существует технология беспроводной зарядки мобильных телефонов и некоторых бытовых устройств, электромобилей и т.п. Они имеют ограничения по дальности и малую эффективность передачи энергии, поэтому говорить об их широком применении не приходится.

amperof.ru

Электрическая энергия, её особенности, область применения.

Электрическая энергия 
единая мера любых форм движения материи.
Энергия, направленная на движение
электрических зарядов.

Преимущества
– а) легко передается на большие
расстояния;


б) универсальная (легко преобразуется
в другие виды энергии)


в) Техн. процессы на электроэнергии
легко автоматизируются.

Электрическая
энергия используется

почти повсеместно. Большая часть
производимой электроэнергии приходится
на промышленность. Так же на транспорт,
сельское и коммунальное хозяйства.

Многие
железнодорожные линии перешли на
электрическую тягу. Освещение жилищ,
улиц городов, производственные и бытовые
нужды сел и деревень — все это тоже
является крупным потребителем
электроэнергии.

  1. Электрическая цепь, назначения основных элементов.

Электрическая
цепь
 —
совокупность устройств, предназначенных
для прохождения электрического тока.

Цепь
образуется источниками энергии
(генераторами), потребителями энергии
(нагрузками), системами передачи энергии
(проводами).

Электрическая
цепь состоит из 3 основных элементов: —
источник

-провода

-приёмник
.

1)
Источник

преобразует первичный вид энергии во
вторичный ( в электрическую энергию) .

Примеры
источника: батарея, генератор, термопары.

2)
Провода

соединительная роль.

3)
Приёмник
– служит для обратного преобразования
электрической энергии в нужный нам вид
энергии.

Примеры
приёмника: лампочка, нагревательный
элемент (плитка нагревательная),
двигатель.

  1. Анализ простых электрических цепей методом эквивалентного сопротивления.

В
нём схема

  1. Преобразование
    треугольника в эквивалентную звезду
    при расчёте мостовых схем.

Преобразуется
пассивная часть электрической цепи
(приёмники).

Звезда
— соединение трех. проводников, имеющих
общий узел и вид трёхлучевой звезды.

Треугольник

три сопр., образовывающие собой стороны
треугольника.

  1. Режимы
    работы электрической цепи.

1)
Режим короткого замыкания. (КЗ)

В
режиме короткого замыкания источник
питания замкнут накоротко. Режим является
аварийным. Ток короткого замыкания КЗ во
много раз превышает значение номинального
тока. Режим не используется при сварочных
работах.

Rн =
0    I = max КПД стремится к 0 Рн=0

2)
Режим согласованной нагрузки

Свойства
электрической цепи – наибольшая мощность
нагрузки развивается источником, когда
сопротивление нагрузки равно внутреннему
сопротивлению источника. Используется
в системах автоматики, радио, ТВ.

Rн=Rв
КПД=50% Рн стр. к максимуму

3)
Режим холостого хода (Х Х)

В
режиме холостого хода источник питания
отсоединен от нагрузки и работает
вхолостую. Сопротивление внешнего
участка цепи и ток равен 0.

Rн =
∞ КПД=100% Рн прибл. = 0

4)
Режим номинальный (паспортный)

В
силовых (?) цепях, когда большие токи
используют паспортный режим, он задаётся
паспортными данными приёмника.

  1. Сложная
    цепь постоянного тока. Применение
    законов Кирхгофа для расчёта цепи.

Сложная
цепь

– разветвлённая цепь с несколькими
источниками питания.

Узел

место или точка цепи, где сходится более
3 ветвей.

Ветвь
— участок цепи, заключённый между 2-мя
узлами, на элементах которых сила токов
имеет одно и то же значение.

Контур

замкнутая часть цепи, состоящая из
нескольких ветвей.

Расчёт
цепи с помощью 1-ого и 2-ого закона
Кирхгофа.

Первый
закон Кирхгофа

В
любом узле электрической цепи
алгебраическая сумма токов равна нулю

,

где m –
число ветвей подключенных к узлу.

При
записи уравнений по первому закону
Кирхгофа токи, направленные к узлу,
берут со знаком «плюс», а токи, направленные
от узла – со знаком «минус».

Второй
закон Кирхгофа

В
любом замкнутом контуре электрической
цепи алгебраическая сумма ЭДС равна
алгебраической сумме падений напряжений
на всех его участках.

,

где n –
число источников ЭДС в контуре;
m –
число элементов с сопротивлением Rk в
контуре;
Uk=RkIk –
напряжение или падение напряжения
на k
элементе контура.

Если
в электрической цепи включены источники
напряжений, то второй закон Кирхгофа
формулируется в следующем виде:
алгебраическая сумма напряжений на
всех элементах контура, включая источники
ЭДС равна нулю

.

Порядок
расчёта цепи по з. Кирхгофа :

1)
Задаётся условными направлениями тока
на всех ветвях эл. цепи.

2)
Составляем ур-е по 1-му з. Кирхгофа (причём
число ур-й должно быть на 1-цу меньше
числа узлов эл. цепи).

3)
Недостающие ур-я составляются по 2-му
з. Кирхгофа (общее число ур-ий равно
числу ветвей эл. цепи).

4)
Решаем с-му ур-й, определяем все неизвестные
токи.

5)
Зная токи, легко рассчитать мощность
на нашем участке (если при расчёте ток
со знаком «-«, значит действительное
направление не совпадает с условно
выбранным на чертеже)

studfiles.net

Значение слова ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ?

  • ЭЛЕКТРОЭНЕ́РГИЯ, -и, ж.

    1. Энергия электрического тока.

    2. Количество энергии, отдаваемой электростанцией в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем.

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х
т. / РАН,
Ин-т лингвистич.
исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.;
Полиграфресурсы,
1999;
(электронная версия): Фундаментальная
электронная
библиотека

  • Электроэнергия — физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы). Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электрический ток.

    Электрическая энергия является также товаром, который приобретают участники оптового рынка (энергосбытовые компании и крупные потребители-участники опта) у генерирующих компаний, а участники розничного рынка у энергосбытовых компаний. Цена на электрическую энергию в международной торговле обычно выражается в центах за киловатт-час либо в долларах за тысячу киловатт-часов. Электрическая энергия(электроэнергия): Способность электромагнитного поля совершать работу под действием приложенного напряжения в технологическом процессе её производства, передачи, распределения и потребления.

Источник: Википедия

Делаем
Карту слов лучше вместе




Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать
Карту слов. Я отлично
умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Когда-нибудь я тоже научусь различать смыслы слов.


В каком смысле употребляется прилагательное будущий в отрывке:

И вот я рисую ему эскизы для будущих татуировок, он их потом использует, а мне за рисунки платит.

В прямом
смысле

В переносном
смысле

Это устойчивое
выражение

Это другое
прилагательное

kartaslov.ru

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, один из самых важных видов энергии. Электроэнергия в своей конечной форме может передаваться на большие расстояния потребителю. См. также ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

Производство и распределение электроэнергии.

На районной (т.е. приближенной к источникам энергоресурсов) электростанции электроэнергия вырабатывается чаще всего электромашинными генераторами переменного тока. Для уменьшения потерь при ее передаче и распределении напряжение, снимаемое на выходные электрогенератора, повышается трансформаторной подстанцией. Затем электроэнергия передается по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) на большие расстояния, которые могут измеряться сотнями километров. К ЛЭП подключен ряд распределительных подстанций, отводящих электроэнергию к местным центрам электропотребления. Поскольку далее электроэнергия передается по улицам и населенным районам, на подстанциях напряжение для безопасности еще раз понижается трансформаторами. К понижающим трансформаторам подстанций подключены линии магистральной сети. В удобных точках этой сети устанавливаются пункты ответвления для распределительной сети электропотребителей.

Электростанции.

Электростанции разных типов, расположенные в разных местах, могут быть объединены высоковольтными ЛЭП в энергосистему. В этом случае постоянную (базовую) нагрузку, потребляемую на всем протяжении суток, берут на себя атомные электростанции (АЭС), высокоэффективные паротурбинные тепловые электростанции и электроцентрали (ТЭС и ТЭЦ), а также гидроэлектростанции (ГЭС). В часы повышенной нагрузки к общей сети ЛЭП энергосистемы дополнительно подключаются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), газотурбинные установки (ГТУ) и менее эффективные ТЭС, работающие на ископаемом топливе.

Электроснабжение от энергосистем имеет существенные преимущества перед снабжением от изолированных электростанций: улучшается надежность энергоснабжения, лучше используются энергоресурсы района, снижается себестоимость электроэнергии за счет наиболее экономичного распределения нагрузки между электростанциями, уменьшается требуемая резервная мощность и т.д.

Коэффициент нагрузки.

Потребительская нагрузка изменяется в зависимости от времени суток, месяца года, погоды и климата, географического расположения и экономических факторов.

Максимального (пикового) уровня нагрузка может достигать на протяжении всего лишь нескольких часов в году, но мощность электростанции или энергосистемы должна быть рассчитана и на пиковую нагрузку. Кроме того, избыток, или резерв, мощности необходим для того, чтобы можно было отключать отдельные энергоблоки для технического обслуживания и ремонта. Резервная мощность должна составлять около 25% полной установленной мощности.

Эффективность использования электростанции и энергосистемы можно характеризовать процентным отношением электроэнергии (в киловатт-часах), фактически выработанной за год, к максимально возможной годовой производительности (в тех же единицах). Коэффициент нагрузки не может быть равен 100%, так как неизбежны простои энергоблоков для планового технического обслуживания и ремонта в случае аварийного выхода из строя.

КПД электростанции.

Термический КПД электростанции, работающей на угле, можно приближенно характеризовать массой угля в килограммах, которая сжигается для получения одного киловатт-часа электроэнергии. Этот показатель (удельный расход топлива) неуклонно снижался от 15,4 кг/кВтЧч в 1920-х до 3,95 кг/кВтЧч в начале 1960-х, но к 1990-м годам постепенно повысился до 4,6 кг/кВтЧч. Повышение в значительной мере объясняется введением пылезолоуловителей и газоочистителей, съедающих до 10% выходной мощности электростанции, а также переходом на экологически более чистый уголь (с низким содержанием серы), на который многие электростанции не были рассчитаны.

В процентном выражении термический КПД современной ТЭС не превышает 36%, в основном из-за потерь тепла, уносимого отходящими газами – продуктами горения.

У АЭС, работающих при более низких температурах и давлениях, несколько меньший полный КПД – около 32%.

Газотурбинные установки с котлом-утилизатором (парогенератором, использующим тепло выхлопных газов) и дополнительной паровой турбиной могут иметь КПД более 40%.

Термический КПД паротурбинной электростанции тем больше, чем выше рабочие температуры и давления пара. Если в начале 20 в. эти параметры составляли 1,37 МПа и 260° C, то в настоящее время обычны давления свыше 34 МПа и температуры свыше 590° C (АЭС работают при более низких температурах и давлениях, чем самые крупные ТЭС, поскольку нормативами ограничивается максимально допустимая температура активной зоны реактора).

На современных паротурбинных электростанциях пар, частично отработавший в турбине, отбирается в ее промежуточной точке для повторного нагревания (промежуточного перегрева) до исходной температуры, причем могут быть предусмотрены две или более ступеней промперегрева. Пар из других точек турбины отводится для предварительного нагрева питательной воды, подводимой к парогенератору. Такие меры намного повышают термический КПД.

Экономика электроэнергетики.

В таблице представлены ориентировочные данные о потреблении электроэнергии на душу населения в некоторых странах мира.

Таблица «Годовое потребление электроэнергии на душу населения»
ГОДОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ДУШУ НАСЕЛЕНИЯ
(кВт·ч, начало 1990-х годов)
Норвегия 22485 Бразилия 1246
Канада 14896 Мексика 1095
Швеция 13829 Турция 620
США 10280 Либерия 535
ФРГ 6300 Египет 528
Бельгия 5306 Китай 344
Россия 5072 Индия 202
Япония 5067 Заир 133
Франция 4971 Индонезия 96
Болгария 4910 Судан 50
Италия 3428 Бангладеш 39
Польша 3327 Чад 14

ПАРОТУРБИННЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Основную долю электроэнергии, производимой во всем мире, вырабатывают паротурбинные электростанции, работающие на угле, мазуте или природном газе.

Парогенераторы.

Парогенератор паротурбинной электростанции, работающей на ископаемом топливе, представляет собой котельный агрегат с топкой, в которой сжигается топливо, испарительными поверхностями, в трубах которых вода превращается в пар, пароперегревателем, повышающим температуру пара перед подачей в турбину до значений, достигающих 600° C, промежуточными (вторичными) пароперегревателями для повторного перегрева пара, частично отработавшего в турбине, экономайзером, в котором входная питательная вода нагревается отходящим топочным газом, и воздухоподогревателем, в котором топочный газ отдает свое остаточное тепло воздуху, подводимому к топке.

Для подачи в топку воздуха, необходимого для горения, применяются вентиляторы, создающие в ней искусственную, или принудительную, тягу. В одних парогенераторах тяга создается вытяжными вентиляторами (дымососами), в других – приточными (напорными), а чаще всего и теми и другими, что обеспечивает т.н. уравновешенную тягу с нейтральным давлением в топке.

При сгорании топлива негорючие компоненты, содержание которых может достигать 12–15% полного объема битуминозного и 20–50% бурого угля, оседают на подовине топочной камеры в виде шлака или сухой золы. Остальное проходит через топку в виде пыли, от которой полагается очищать отходящие газы, прежде чем выпускать их в атмосферу. Пылезолоочистка осуществляется циклонами и электрофильтрами, в которых частицы пыли заряжаются и осаждаются на коллекторных проволоках или пластинах, имеющих заряд противоположного знака.

Нормативами для новых электростанций ограничивается выброс в атмосферу не только твердых частиц, но и диоксида серы. Поэтому непосредственно перед дымовой трубой в газоходах предусматриваются химические скрубберы, часто устанавливаемые после электрофильтров. В скрубберах (мокрых или сухих) с помощью различных химических процессов из отходящих газов удаляют серу.

Из-за высокой требуемой степени пылезолоочистки в настоящее время применяют еще и тканевые рукавные фильтры с встряхиванием и обратной продувкой, содержащие сотни больших тканевых рукавов – фильтровальных элементов.

Электрогенераторы.

Электромашинный генератор приводится во вращение т.н. первичным двигателем, например турбиной. Вращающийся вал первичного двигателя связан соединительной муфтой с валом электрогенератора, который обычно несет на себе магнитные полюса и обмотки возбуждения. Магнитное поле тока, создаваемого в обмотке возбуждения небольшим вспомогательным генератором или полупроводниковым устройством (возбудителем), пересекает проводники обмотки статора (неподвижной станины генератора), благодаря чему в этой обмотке наводится переменный ток, который снимается с выходных зажимов генератора. Большие трехфазные генераторы вырабатывают три отдельных, но согласованных между собой тока в трех отдельных системах проводников, напряжение на которых достигает 25 кВ. Проводники присоединены к трехфазному повышающему трансформатору, с выхода которого электроэнергия передается по трехфазным же высоковольтным ЛЭП в центры потребления.

Мощные современные турбогенераторы имеют замкнутую систему вентиляции с водородом в качестве охлаждающего газа. Водород не только отводит тепло, но и уменьшает аэродинамические потери. Рабочее давление водорода составляет от 0,1 до 0,2 МПа. Для более интенсивного охлаждения генератора водород может также подаваться под давлением в полые проводники статора. В некоторых моделях генераторов обмотки статора охлаждаются водой. См. также ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ.

В целях повышения эффективности охлаждения и уменьшения размеров генератора ведутся исследования возможности создания генератора, охлаждаемого жидким гелием. См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.

Паровые турбины.

Пар от пароперегревателей парогенератора, поступивший в турбину, проходит через систему профилированных входных сопел (сопловой аппарат). При этом давление и температура пара понижаются, а скорость сильно увеличивается. Высокоскоростные струи пара ударяются о венец из рабочих лопаток (с аэродинамическим профилем), закрепленных на роторе турбины, и энергия пара преобразуется в энергию вращения ротора.

Пар проходит через последовательность направляющих и рабочих лопаточных решеток, пока его давление не понизится примерно до 2/3 атмосферного, а температура – до уровня (32–38° C), минимально необходимого для предотвращения конденсации пара.

На выходе турбины пар обтекает пучки труб конденсатора, по которым прокачивается холодная вода, и, отдавая тепло воде, конденсируется, благодаря чему здесь поддерживается небольшой вакуум. Конденсат, скапливающийся в нижней части конденсатора, откачивается насосами и, пройдя через ряд нагревательных теплообменников, возвращается в парогенератор, чтобы снова начать цикл. Пар для этих нагревательных теплообменников отбирается из разных точек парового тракта турбины со все более высокой температурой соответственно повышению температуры возвратного потока конденсата.

Поскольку для конденсатора требуются большие количества воды, крупные ТЭС целесообразно строить рядом с большими водоемами. Если запасы воды ограничены, то строятся градирни. В градирне вода, использованная для конденсации пара в конденсаторе, закачивается на вершину башни, откуда стекает по многочисленным перегородкам, распределяясь тонким слоем по поверхности большой площади. Входящий в башню воздух поднимается за счет естественной тяги или принудительной тяги, создаваемой мощными вентиляторами. Движение воздуха ускоряет испарение воды, которая за счет испарения охлаждается. При этом 1–3% охлаждающей воды теряется, уходя в виде парового облака в атмосферу. Охлажденная вода подается снова в конденсатор, и цикл повторяется. Градирни применяют и в тех случаях, когда вода забирается из водоема, – чтобы не сбрасывать отработанную теплую воду в естественный водный бассейн.

Мощность самых крупных паровых турбин достигает 1600 МВт. Ступени высокого, промежуточного и низкого давления могут быть выполнены на одном роторе, и тогда турбина называется одновальной. Но крупные турбины часто выпускаются в двухвальном исполнении: ступени промежуточного и низкого давления монтируются на роторе, отдельном от ступени высокого давления. Максимальная температура пара перед турбиной зависит от типа сталей, применяемых для паропроводов и пароперегревателей, и, как правило, составляет 540–565° C, но может достигать и 650° C. См. также ТУРБИНА.

Регулирование и управление.

Прежде всего необходимо точно поддерживать стандартную частоту вырабатываемого переменного тока. Частота тока зависит от частоты вращения вала турбины и генератора, а поэтому необходимо в полном соответствии с изменениями внешней нагрузки регулировать поток (расход) пара на входе в турбину. Это осуществляется при помощи очень точных регуляторов с компьютерным управлением, воздействующих на входные регулирующие клапаны турбины. Микропроцессорные контроллеры координируют работу разных блоков и подсистем электростанции. Компьютеры, находящиеся в центральной диспетчерской, автоматически осуществляют пуск и останов паровых котлов и турбин, обрабатывая данные, поступающие более чем из 1000 разных точек электростанции. Автоматизированные системы управления (АСУ) следят за синхронностью работы всех электростанций энергосистемы и регулируют частоту и напряжение.

ДРУГИЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Гидроэлектростанции.

Около 23% электроэнергии во всем мире вырабатывают ГЭС. Они преобразуют кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию вращения турбины, а турбина приводит во вращение электромашинный генератор тока. Самый крупный в мире гидроэнергоблок установлен в Итайпу на р. Парана, там, где она разделяет Парагвай и Бразилию. Его мощность равна 750 МВт. Всего на ГЭС в Итайпу установлено 18 таких блоков.

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) оборудуются агрегатами (гидравлическими и электрическими машинами), которые по своей конструкции способны работать как в турбинном, так и в насосном режиме. В часы малых нагрузок ГАЭС, потребляя электроэнергию, перекачивает воду из низового водоема в верховой, а в часы повышенных нагрузок в энергосистеме использует запасенную воду для выработки пиковой энергии. Время пуска и смены режимов составляет несколько минут. См. также ГИДРОЭНЕРГЕТИКА.

Газотурбинные установки.

ГТУ довольно широко применяются на малых электростанциях, принадлежащих муниципалитетам или промышленным предприятиям, а также в качестве «пиковых» (резервных) блоков – на крупных электростанциях. В камерах сгорания ГТУ сжигается мазут или природный газ, и высокотемпературный газ высокого давления воздействует на рабочие колеса турбины примерно так же, как и пар в паровой турбине. Вращающийся ротор газовой турбины приводит во вращение электрогенератор, а также воздушный компрессор, который подводит к камере сгорания воздух, необходимый для горения. Примерно 2/3 энергии поглощается компрессором; горячие выхлопные газы после турбины выводятся в дымовую трубу. По этой причине КПД газотурбинных установок не очень высок, но зато малы и капитальные затраты в сравнении с паровыми турбинами той же мощности. Если ГТУ используется на протяжении лишь нескольких часов в году в периоды пиковой нагрузки, то высокие эксплуатационные расходы компенсируются низкими капитальными, так что применение ГТУ для обеспечения до 10% полной выходной мощности электростанции оказывается экономически целесообразным.

В комбинированных парогазотурбинных энергетических установках (ПГУ) высокотемпературные выхлопные газы газовой турбины направляются не в дымовую трубу, а в котел-утилизатор, который вырабатывает пар для паровой турбины. КПД такой установки выше, чем у лучшей паровой турбины, взятой отдельно (около 36%).

Электростанции с ДВС.

На электростанциях, принадлежащих муниципалитетам и промышленным предприятиям, для привода электрогенераторов часто применяются дизельные и бензиновые двигатели внутреннего сгорания. См. также ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ.

У двигателей внутреннего сгорания низкий КПД, что связано со спецификой их термодинамического цикла, но этот недостаток компенсируется низкими капитальными расходами. Мощность самых больших дизелей составляет около 5 МВт. Их преимуществом являются малые размеры, позволяющие с удобством располагать их рядом с электропотребляющей системой в хозяйстве муниципалитета или на заводе. Они не требуют больших количеств воды, так как не приходится конденсировать выхлопные газы; достаточно охлаждать цилиндры и смазочное масло. На установках с большим числом дизелей или бензиновых двигателей их выхлопные газы собираются в коллектор и направляются на парогенератор, что существенно повышает общий КПД.

Атомные электростанции.

На АЭС электроэнергия вырабатывается так же, как и на обычных ТЭС, сжигающих ископаемое топливо, – посредством электромашинных генераторов, приводимых во вращение паровыми турбинами. Но пар здесь получается за счет деления изотопов урана или плутония в ходе управляемой цепной реакции, протекающей в ядерном реакторе. Теплоноситель, циркулирующий через охлаждающий тракт активной зоны реактора, отводит выделяющуюся теплоту реакции и непосредственно либо через теплообменники используется для получения пара, который подается на турбины.

Капитальные расходы на строительство АЭС крайне велики по сравнению с расходами на электростанции, сжигающие ископаемое топливо, той же мощности: в США в среднем около 3000 долл./кВт, тогда как для ТЭС на угле – 600 долл./кВт. Но АЭС потребляет очень малые количества ядерного топлива, а это может оказаться весьма существенным для стран, которым иначе пришлось бы импортировать обычное топливо. См. также ТЕПЛООБМЕННИК; ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ; АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА; СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ.

Солнечные, ветровые, геотермальные электростанции.

Солнечная энергия преобразуется непосредственно в электроэнергию полупроводниковыми фотоэлектрическими генераторами тока, но капитальные затраты на эти преобразователи и их установку таковы, что стоимость установленной мощности оказывается в несколько раз выше, чем на ТЭС. Существует ряд крупных действующих гелиоэлектростанций; самая крупная из них, мощностью 1 МВт, находится в Лос-Анджелесе (шт. Калифорния). Коэффициент преобразования составляет 12–15%. Солнечную радиацию можно также использовать для выработки электроэнергии, концентрируя солнечные лучи при помощи большой системы зеркал, управляемой компьютером, на парогенераторе, установленном в ее центре на башне. Опытная установка такого рода мощностью 10 МВт была построена в шт. Нью-Мексико. Гелиоэлектростанции в США вырабатывают около 6,5 млн. кВтЧч в год.

Создатели ветровых электростанций мощностью 4 МВт, построенных в США, встретились с многочисленными трудностями из-за их сложности и больших размеров. В штате Калифорния был построен ряд «ветровых полей» с сотнями малых ветровых турбин, включенных в местную энергосистему. Ветровые электростанции окупаются только при условии, что скорость ветра больше 19 км/ч, а ветры дуют более или менее постоянно. К сожалению, они очень шумны и поэтому не могут располагаться вблизи населенных пунктов. См. также ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ.

Геотермальная электроэнергетика рассматривается в статье ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ.

ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Электроэнергия, вырабатываемая генератором, отводится к повышающему трансформатору по массивным жестким медным или алюминиевым проводникам, называемым шинами. Шина каждой из трех фаз (см. выше) изолируется в отдельной металлической оболочке, которая иногда заполняется изолирующим элегазом (гексафторидом серы).

Трансформаторы повышают напряжение до значений, необходимых для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния. См. также ТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ.

Генераторы, трансформаторы и шины соединены между собой через отключающие аппараты высокого напряжения – ручные и автоматические выключатели, позволяющие изолировать оборудование для ремонта или замены и защищающие его от токов короткого замыкания. Защита от токов короткого замыкания обеспечивается автоматическими выключателями. В масляных выключателях дуга, возникающая при размыкании контактов, гасится в масле. В воздушных выключателях дуга выдувается сжатым воздухом или применяется «магнитное дутье». В новейших выключателях для гашения дуги используются изолирующие свойства элегаза.

Для ограничения силы токов короткого замыкания, которые могут возникать при авариях на ЛЭП, применяются электрические реакторы. Реактор представляет собой катушку индуктивности с несколькими витками массивного проводника, включаемую последовательно между источником тока и нагрузкой. Он понижает силу тока до уровня, допустимого для автоматического выключателя.

С экономической точки зрения, наиболее целесообразным, на первый взгляд, представляется открытое расположение большей части высоковольтных шин и высоковольтного оборудования электростанции. Тем не менее все чаще применяется оборудование в металлических кожухах с элегазовой изоляцией. Такое оборудование необычайно компактно и занимает в 20 раз меньше места, нежели эквивалентное открытое. Это преимущество весьма существенно в тех случаях, когда велика стоимость земельного участка или когда требуется нарастить мощность существующего закрытого распредустройства. Кроме того, более надежная защита желательна там, где оборудование может быть повреждено из-за сильной загрязненности воздуха.

Для передачи электроэнергии на расстояние используются воздушные и кабельные линии электропередачи, которые вместе с электрическими подстанциями образуют электросети. Неизолированные провода воздушных ЛЭП подвешиваются с помощью изоляторов на опорах. Подземные кабельные ЛЭП широко применяются при сооружении электросетей на территории городов и промышленных предприятий. Номинальное напряжение воздушных ЛЭП – от 1 до 750 кВ, кабельных – от 0,4 до 500 кВ.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

На трансформаторных подстанциях напряжение последовательно понижается до уровня, необходимого для распределения по центрам электропотребления и в конце концов по отдельным потребителям. Высоковольтные ЛЭП через автоматические выключатели присоединяются к сборной шине распределительной подстанции. Здесь напряжение понижается до значений, установленных для магистральной сети, разводящей электроэнергию по улицам и дорогам. Напряжение магистральной сети может составлять от 4 до 46 кВ.

На трансформаторных подстанциях магистральной сети энергия ответвляется в распределительную сеть. Сетевое напряжение для бытовых и коммерческих потребителей составляет от 120 до 240 В. Крупные промышленные потребители могут получать электроэнергию с напряжением до 600 В, а также с более высоким напряжением – по отдельной линии от подстанции. Распределительная (воздушная или кабельная) сеть может быть организована по звездной, кольцевой или комбинированной схеме в зависимости от плотности нагрузки и других факторов. Сети ЛЭП соседних электроэнергетических компаний общего пользования объединяются в единую сеть.

www.krugosvet.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о