Генерирование электрической энергии: Генерирование электрической энергии. Трансформаторы. — О’Пять пО физике!

Генерирование электрической энергии. Трансформаторы. — О’Пять пО физике!

Генератор – устройство превращающее энергию различного вида в электрическую. Генераторы вырабатывают электрический ток. Примеры генераторов: гальванические элементы, электростатические машины, солнечные батареи и др. В зависимости от характеристик применяются генераторы различных типов.

Например, с помощью электростатических машин можно создать очень высокое напряжение, но при этом сила тока будет очень невелика. А с помощью гальванических элементов можно создать приемлемую силу тока, но они могут работать лишь непродолжительное время.

Структура генератора  Рассмотрим индукционный электромеханический генератор переменного тока. Генераторов такого типа много, но любой из них имеет общие основные детали.

• Постоянный или электромагнит. С помощью него создается магнитное поле.
• Обмотка. В ней индуцируется переменная ЭДС.

Амплитуда ЭДС наводится в каждом витке обмотки.

Так как витки соединены последовательно значения ЭДС будут складываться. ЭДС в рамке будет пропорциональна числу витков в обмотке. Для получения большого значения магнитного потока в генераторах делают специальную систему из двух сердечников.

В пазах одного сердечника размещаются обмотки, которые создают магнитное поле, а в пазах другого, обмотки, в которых индуцируется ЭДС. Один из сердечников вращается, его называют ротором. Второй неподвижен и называется статором. Зазор между сердечниками стараются сделать как можно меньшим, чтобы увеличить поток вектора магнитной индукции.

На рисунке представлена модель простейшего генератора.

Принцип действия генератора 

В генераторе, модель которого представлена на рисунке, магнитное поле создается постоянным магнитом, а проволочная рамка вращается внутри него. В принципе, можно оставить рамку неподвижной и вращать магнит. От этого ничего бы не изменилось.

В промышленных генераторах именно так и делается. Вращается электромагнит, а обмотки, в которых появляется ЭДС остаются неподвижными. Это связано с тем, что для того, чтобы подвести ток к ротору или снять с обмоток ротора, необходимо использовать скользящие контакты. Для этого используются щетки и контактные кольца. Сила тока, которая заставит вращаться ротор, много меньше, чем та, которую мы снимем с обмоток.

Поэтому удобнее подводить ток к ротору, а снимать ток со статора. В генераторах малой мощности, для создания магнитного поля используют вращающийся постоянный магнит, тогда подводить ток к ротору вообще необязательно. И использовать щетки и кольца не нужно.

При вращении ротора, в обмотках статора возникает ЭДС. Это происходит потому, что возникает вихревое электрическое поле. Современные генераторы это очень большие машины. Причем при таких размерах (несколько метров), некоторые важнейшие внутренние части изготавливаются с точность до миллиметра. 

Генераторы, которые стоят на электростанциях, вырабатывают очень мощное ЭДС.

На практике такое напряжения редко когда бывает нужно. Поэтому такое напряжение необходимо преобразовывать.

Для преобразования напряжения используются устройства, называются трансформаторами. Трансформаторы могут как и повысить напряжение, так и понизить его. Существуют также стабилизирующие трансформаторы, которые не повышают и не понижают напряжение.

Рассмотрим устройство трансформатора на следующем рисунке.

              условное обозначение  трансформатора:        

Устройство и работа трансформатора

Трансформатор состоит из двух катушек с проволочными обмотками. Эти катушки надевают на стальной сердечник. Сердечник не является монолитным, а собирается из тонких пластин.

Одна из обмоток называется первичной. К этой обмотке подсоединяют переменное напряжение, которое идет от генератора, и которое нужно преобразовать. Другая обмотка называется вторичной. К ней подсоединяют нагрузку. Нагрузка это все приборы и устройства, которые потребляют энергию.

На следующем рисунке представлено условное обозначение трансформатора.

картинка

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Когда через первичную обмотку проходит переменный ток, в сердечнике возникает переменный магнитный поток. А так как сердечник общий, магнитный поток индуцирует ток и в другой катушке.

В первичной обмотке трансформатора имеется N₁ витков, её полная ЭДС индукции равняется e₁ = N₁e, где е – мгновенное значение ЭДС индукции во всех витках. е одинаково для всех витков обоих катушек.

Во вторичной обмотке имеется N₂ витков. В ней индуцируется ЭДС e₂ = N₂ e.

Следовательно: e₁/e₂ = N₁/ N₂.

Сопротивлением обмоток пренебрегаем. Следовательно, значения ЭДС индукции и напряжения будут приблизительно равны по модулю: |u₁|≈|e₁|.

При разомкнутой цепи вторичной обмотки в ней не идет ток, следовательно: |u₂

|=|e₂|.

Мгновенные значения ЭДС e₁, e₂ колеблются в одной фазе. Их отношение можно заменить отношением значений действующих ЭДС: E₁ и E₂. А отношение мгновенных значений напряжения заменим действующими значениями напряжения. Получим:

E₁/E₂ ≈U₁/U₂ ≈N₁/ N₂ = K

К – коэффициент трансформации. При K>0 трансформатор повышает напряжение, при K<0 – трансформатор понижает напряжение. Если же к концам вторичной обмотки подключить нагрузку, то во второй цепи появится переменный ток, который вызовет появление в сердечнике еще одного магнитного потока.

Это магнитный поток будет уменьшать изменение магнитного потока сердечника. Для нагруженного трансформатора будет справедлива следующая формула: U₁/U₂≈ I₂/I₁.

То есть при повышении напряжения в несколько раз, мы во столько же раз уменьшим силу тока.

Генерирование электрической энергии. Трансформаторы

В данной теме речь пойдёт о способах генерирования электрической энергии. А также изучим устройство простейшего трансформатора.

Электромагнитная индукция – это явление заключается в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока. А полученный таким способом ток называется индукционным током.

Переменным называется ток, периодически изменяющийся со временем.

Для того чтобы в цепи существовал синусоидальный переменный ток, источник в этой цепи должен создавать переменное электрическое поле, изменяющееся синусоидально. На практике синусоидальная ЭДС создается

генераторами переменного тока, работающими на электростанциях.

Генераторы — это электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую.

К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.д.

В настоящее время также исследуются возможности создания принципиально новых типов генераторов. Так, например, разрабатываются и уже частично используются топливные элементы, в которых энергия, освобождающаяся в результате реакции водорода с кислородом, непосредственно превращается в электрическую.

Область применения различных генераторов различна и определяется их характеристиками. Так, например, электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но они не способны создать в цепи сколько-нибудь значимую силу тока. Гальванические же элементы наоборот могут дать большой ток, но продолжительность их невелика.

В современной энергетике применяют индукционные генераторы переменного тока, в которых используется явление электромагнитной индукции. Такие генераторы позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

В прошлой теме была рассмотрена простейшая модель такого генератора — рамка с током, вращающаяся в однородном магнитном поле вокруг своей оси.

В настоящее время имеется много различных типов индукционных генераторов. Но все они состоят из одних и тех же основных частей.

Ранее нами рассматривался пример получения индукционного тока в плоском контуре при его вращении в магнитном поле. На этом принципе и работает электромеханической генератор переменного тока. Неподвижная часть генератора, аналогичная магниту, называется статором, а вращающаяся, т. е. рамка, — ротором.

В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.

Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим для увеличения потока вектора магнитной индукции.

В рассмотренной нами ранее модели генератора, вращается проволочная рамка, играющая роль ротора.

Разумеется, можно было бы поступить и наоборот, т.е. вращать магнит, а рамку оставить неподвижной. В больших промышленных генераторах приводится во вращение именно электромагнит.

Статор промышленного генератора представляет собой стальную станину цилиндрической формы (станина — это основная несущая часть машины, на которой монтируются различные рабочие узлы, механизмы и прочее). Во внутренней его части прорезаются пазы, в которые укладывается толстый медный провод. Именно в них и индуцируется переменный электрический ток при изменении пронизывающего их магнитного потока. Магнитное поле создается ротором. Он представляет собой электромагнит: на стальной сердечник сложной формы надета обмотка, по которой протекает постоянный электрический ток. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток; а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Ток к этой обмотке подводится через щетки и кольца от постороннего источника постоянного тока, называемого возбудителем.

На рисунке представлена полная схема генератора переменного тока. При вращении ротора какой-либо внешней механической силой, создаваемое им магнитное поле тоже вращается. При этом магнитный поток, пронизывающий витки обмотки статора, периодически меняется, в результате чего в них индуцируется переменный ток.

На тепловых электростанциях ротор генератора вращается с помощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях — с помощью водяной турбины.

Обратите внимание, что ротор гидрогенератора имеет не одну, а несколько пар магнитных полюсов. Чем больше пар полюсов, тем больше частота переменного электрического тока, вырабатываемого генератором при данной скорости вращения ротора. Поскольку скорость вращения водяных турбин обычно невелика, то для создания тока стандартной частоты используют многополюсные роторы.

Таким образом, электрическую энергию производят на электростанциях. Но ее каким-то образом надо передать потребителям, часто находящимся очень далеко от станции. Для этого между станцией и потребителем строят линии электропередач.

Однако при передаче электроэнергии неизбежны потери, связанные с нагреванием проводов. Чем дальше от электростанции находится потребитель тока, тем больше энергии тратится на нагревание проводов и тем меньше доходит до потребителя.

Уменьшение потерь электроэнергии при ее передаче от электростанций к потребителям является важной народнохозяйственной задачей. Из закона Джоуля-Ленца следует, что уменьшить потери можно либо за счет уменьшения сопротивления проводов, либо уменьшения силы тока в них. Сопротивление проводов будет тем меньше, чем больше площадь их поперечного сечения и чем меньше удельное сопротивление металла, из которого они изготовлены. Провода делают из меди или алюминия, так как среди относительно недорогих металлов они обладают наименьшим удельным сопротивлением. Однако увеличивать же толщину проводов экономически невыгодно, т.к. это ведет к перерасходу дорогостоящего цветного металла, а также возникновению трудностей при закреплении проводов на столбах. Поэтому такой способ снижения потерь практически невозможен.

Поэтому существенного снижения потерь можно добиться только за счет уменьшения силы тока. Но приданной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличении напряжения. Без такого преобразования силы тока и напряжения передача электроэнергии на большие расстояния становится невыгодной из-за существенных потерь.

Так, электроэнергия Волжской ГЭС передается в Москву при напряжении 500 кВ, от Саяно-Шушенской ГЭС — при напряжении 750 кВ. Хотя на самих электростанциях генераторы вырабатывают электрическую энергию при напряжениях, не превышающих 20 кВ.

Решение этой важнейшей технической задачи стало возможным только после изобретения трансформатора — устройства, служащего для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

Первый трансформатор был изобретен в 1876 году русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым для питания изобретенных им электрических свечей — нового в то время источника света. А первый технический трансформатор впервые создал Иван Филиппович Усагин в 1882 г.

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Простейший трансформатор представляет собой две изолированные друг от друга катушки (их еще называют обмотками), намотанные на общий замкнутый сердечник. По одной из обмоток (первичной) пропускается преобразуемый переменный ток, а вторичная обмотка соединяется с потребителем.

Переменный ток в первичной обмотке создает в сердечнике переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукциив витках каждой обмотки. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле так, что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.

Мгновенное значение ЭДС индукции во всех витках первичной или вторичной обмотки одинаково. Согласно закону Фарадея, оно будет определяться формулой

e = –Ф’

где Ф’ — производная потока магнитной индукции по времени.

Если первичная обмотка имеет N₁ витков, а вторичная N₂ витков, то в обмотках индуцируются (без учета потерь на рассеивание магнитного потока) соответственно e₁ и e₂, а их отношение будет равно

Т.е. возникающие в катушках ЭДС индукции (или самоиндукции) пропорциональны числу витков в них.

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах первичной обмотки примерно равен модулю суммарной ЭДС индукции.

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не идет, поэтому суммарная ЭДС индукции равна напряжению на зажимах вторичной обмотки.

Изменение мгновенных значений ЭДС происходит так, что они одновременно достигают максимума и одновременно проходят через ноль, т.е. изменяются синфазно. Поэтому их отношения можно заменить отношением действующих значений этих ЭДС или отношением действующих значений напряжений.

Отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной называют коэффициентом трансформации k.

В зависимости от того, какое значение принимает коэффициент трансформации, различают повышающий и понижающий трансформатор.

Его обычно определяют при холостом ходе трансформатора, т.е. при разомкнутой цепи вторичной обмотки.

Если коэффициент трансформации меньше единицы, то трансформатор называется повышающим, а если больше единицы — то понижающим.

При включении во вторичную цепь какой-либо нагрузки (это рабочий ход трансформатора) в ней начинает проходить ток нагрузки (он переменный и такой же частоты). Этот ток создает в сердечнике магнитный поток, направленный по правилу Ленца навстречу потоку первичной обмотки. В результате суммарный поток магнитной индукции в первичной катушке уменьшается, уменьшается и ЭДС, а, следовательно, сила тока будет увеличиваться. Это увеличение силы тока в первичной цепи приводит к увеличению магнитного потока, ЭДС индукции и силы тока во вторичной цепи. Но, как мы знаем, увеличение тока во вторичной цепи сопровождается увеличением тока самоиндукции и, следовательно, уменьшением магнитного потока который только что возрастал.

В конце концов, при постоянной нагрузке устанавливаются определенные магнитный поток, ЭДС индукции во вторичной цепи и ток в первичной цепи. Получается, что трансформатор сам, автоматически регулирует потребление энергии в зависимости от нагрузки во вторичной цепи.

При рабочем ходе трансформатора происходит непрерывная передача энергии из первичной цепи во вторичную.

Мощность, потребляемая в первичной цепи, будет определяться формулой

а выделяемая на нагрузке

Коэффициент полезного действия трансформатора будет определяться отношением выделяемой мощности на нагрузке к потребляемой мощности в первичной цепи.

Однако не вся энергия, вырабатываемая генератором, передается потребителю. При работе трансформатора имеются потери на нагревание обмоток трансформатора, на рассеивание магнитного потока в пространство, на вихревые токи Фуко в сердечнике и его перемагничивание.

Для уменьшения этих потерь принимаются следующие меры:

1) обмотка низкого напряжения делается большего сечения, так как по ней проходит ток большей силы;

2) сердечник делают замкнутым, что уменьшает рассеивание магнитного потока;

3) сердечник делают из изолированных пластин для уменьшения токов Фуко.

Благодаря этим мерам коэффициент полезного действия современных трансформаторов достигает 95—99%, а сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения близки к нулю.

Если иногда можно пренебречь потерями в трансформаторе, т.е. считать его коэффициент полезного действия равным 100%, то мощность, потребляемая в первичной цепи, будет равна мощности, выделяемой на нагрузке. Тогда отношение силы тока в первичной обмотке к силе тока во вторичной обмотке будет обратно пропорционально соответствующим напряжениям. А это значит, что увеличивая с помощью трансформатора напряжение, во столько же раз будем уменьшать силу тока и наоборот.

В настоящее время трансформаторы нашли широкое применение, как в технике, так и в быту. Например, для передачи электроэнергии на большие расстояния используются как повышающие, так и понижающие трансформаторы (об этом, кстати, мы более подробно будем говорить в одном из следующих уроков). При подзарядке сотового телефона имеющийся в зарядном устройстве трансформатор понижает напряжение, полученное из осветительной сети до 5.5 В, пригодного для телефона. В телевизоре имеется несколько трансформаторов (как понижающих, так и повышающих), поскольку для питания различных его узлов требуется напряжение от 1,5 В до 25 кВ и так далее.

Основные выводы:

– Генератор переменного тока – устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

– В современной энергетике применяются индукционные генераторы, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции, и позволяющие получить большие токи при достаточно высоком напряжении.

– Конструкций индукционных генераторов существует достаточное количество, однако, неизменными в каждом из них, остаются ротор — подвижная часть генератора, и статор — неподвижная часть генератора.

– Трансформатор – устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

– Трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации, т.е. отношением числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке.

– В зависимости от значения этого коэффициента, различают повышающий и понижающий трансформаторы.

Конспект урока по физике 11 класса «Генерирование электрической энергии. Трансформаторы.»

Урок

Тема: Генерирование электрической энергии. Трансформаторы.

Цель: показать преимущества электрической энергии перед другими видами энергии; дать учащимся понятие о принципиальном устройстве промышленного генератора переменного тока; изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора.

Оборудование: модель генератора и трансформатора.

Ход урока

I Орг. Момент.

II Анализ контрольной работы

III Сообщение темы, цели урока. Работа над новым материалом. (слайд 1,2)

1. Применение электрической энергии в народном хозяйстве и быту. Преимущества электрической энергии перед другими видами энергии и преимущества переменного тока по сравнению с постоянным.

Преимущества перед другими видами энергий:

А). передавать на огромные расстояния с малыми потерями

Б) удобно распределять между потребителями

В) легко превращать в любые другие виды энергий: механическую, внутреннюю, энергию света и т. д.

Преимущество переменного тока перед постоянным: напряжение и силу тока можно преобразовывать почти без потерь энергии. Эти преобразования необходимы во многих устройствах, особенно при передачи на большие расстояния.

Поэтому познакомимся с устройствами, вырабатывающие электрический ток-генераторами и устройствами преобразующими его- трансформаторы.

2. Генератор

Генератор — устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию (гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи).

Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока, в которых механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

3. Устройство генератора переменного тока и его работа.

Генератор состоит: (слайд 3,4)

А) подвижная часть ротор.

Б) неподвижная часть статор.

Насаженный на вал ротор представляет собой электромагнит или магнит (индуктор), который вращается внутри статора. В пазах статора уложены проводящие «контуры- обмотки» (якорь), в которых при вращении ротора переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Возникает электродвижущая сила, в обмотках возникает индукционный ток. Этот ток передаётся от генератора во внешнюю цепь.

Если ротор является электромагнитом, то он снабжается контактными кольцами и щётками-неподвижными пластинами, прижатыми к кольцам, осуществляющим связь обмотки ротора с внешней цепью. Через скользящие контакты к вращающемуся электромагниту подводится слабый ток, вырабатываемый отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу.

Это был рассмотрен первый тип генератора, когда электромагнит или магнит вращается, а обмотки, в которых возникает ток неподвижны. Существуют и другие типы генераторов, когда магнит или электромагнит неподвижен, а вращается обмотка, в которой возникает ток.

Показать модель. (слайд5)

Рассмотреть принцип действия генератора переменного тока по плакату Электродинамика № 8 или (слайд 6 работа генератора 1)

Во вращающейся рамке, находящейся между полюсами магнита, возникает ЭДС индукции и появляется индукционный ток под действием силы Лоренца, действующей со стороны магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Через скользящие контакты снимается ток во внешнюю цепь.

Показать ещё раз флеш анимацию работа генератора (Слайд6)

ЭДС определяется по формуле

N-число витков обмотки статора

n-частота вращения ротора

Связь частоты переменного тока ν, числом пар полюсов магнита р и частотой вращения ротора n

ν=р*n

4. Назначение трансформатора

ЭДС мощных генераторов Электростанций довольно велика. На практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение.

Трансформатор –устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения. (слайд 7)

Был изобретён в 1878 г. русским учёным Павлом Николаевичем Яблочковым (1847-1894г.) и использован для питания изобретённого им нового источника света-«электрических свечей»

5. Устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника(слайд8), собранного из пластин, на который надеты две(иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток называется первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Другая обмотка, к которой присоединяют нагрузку, т.е. приборов и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Условное обозначение смотри рисунок(слайд9)

Работа трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

Режимы работы трансформатора (Слайд 10 )

А)Холостой ход (без нагрузки)

Этот режим имеет место при разомкнутой вторичной цепи.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке.

Мгновенное значение ЭДС индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотках одинаково. Согласно закону Фарадея определяется формулой(слайд11)

— полная ЭДС первичной обмотки

— полная ЭДС вторичной обмотки

отсюда следует, что

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, поэтому им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции

| U₁|≈|e₁|

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течёт и имеет место соотношение

| U₂|=|e₂|

Мгновенные значения ЭДС е можно заменить действующими Е

Получим отношение

(слайд12,13,14)

Где k коэффициент трансформации

При k>1 трансформатор понижающий, k<1 трансформатор повышающий

Б) рабочий ход (под нагрузкой) (Слайд 15,16 )

Этот режим имеет место при замкнутой вторичной цепи. В этом случае трансформатор нагружен, т.е. подключены потребители.

На этом режиме мощность в первичной цепи приблизительно равна мощности во вторичной

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот)

IV Решение задач

Рымкевич

986(976). Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 до 660 В. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков содержится во вторичной обмотке? В какой обмотке провод имеет боль­шую площадь поперечного сечения?

987(977). Чтобы узнать, сколько витков содержится в первичной и вторичной обмотках трансформатора, на вторичную катушку намотали 11 витков провода. При включении первичной обмотки в сеть напряжением 220 В вольтметр показал, что на обмотке с 11 витками напряжение равно 4,4 В, а на вторичной обмотке — 12 В. Сколько витков в первичной и вторичной обмотках?

V Итоги урока

Что нового вы узнали на уроке?

Для чего нужен генератор, трансформатор.

VI. Д/з

§ 37,38 уметь отвечать на вопросы в конце параграфов

Упр. 5 № 2,5

Подготовить сообщения по темам:

1. Особенности работы ГЭС

2. Особенности работы ТЭС

3. Особенности работы АЭС

Генерирование электрической энергии. Трансформаторы

Тема: «Генерирование электрической энергии. Трансформаторы»

Цель урока:

• выяснить назначение, устройство и принцип работы генератора и трансформатора;

• изучить процесс передачи электрической энергии на большие расстояния;

• рассмотреть работу трансформатора на холостом ходу и под нагрузкой.

Задачи урока:

Образовательные:

• расширение кругозора учащихся;

• развитие творческих и познавательных способностей;

• привитие интереса к предмету «Физика»;

• углубление изученного материала.

Развивающие:

• развитие речи, умения выражать свою точку зрения;

• развитие мышления;

• развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, наблюдать)

Воспитательные:

• воспитание нравственных качеств, отражающих отношение друг другу — умение выслушать друг друга, спокойно возразить;

• вовлечение всех учащихся в творческую работу.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Ход урока:

I. Орг. момент.

II. Определение темы урока.

Учитель: Мы уже не мыслим себе жизни без электричества.

Потребность в электроэнергии постоянна: в промышленности, на транспорте, в быту. Электрическая энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими видами энергии.

Вопрос: Как вы думаете, какие это преимущества? (ответы учащихся)

Ответ: Ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Кроме того, эту энергию можно довольно просто превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д.

Задание: Отгадайте ребус и вы сможете назвать устройство, с помощью которого ее получают (рисунок на доске).

Наверное, вы обращали внимание на устройство, фотографию которого видите на экране… (слайд №1). Где вы его видели? Как оно называется? (ответы учащихся)

Я думаю, вы поняли, что сегодня на уроке речь пойдет о генераторах и трансформаторах. Запишем тему урока (объявляется тема урока)

(открывается на доске) «Генерирование электрической энергии.

Трансформаторы»

(учащиеся записывают дату и тему урока)

Итак, начнем всё по порядку.

III. Изучение нового материала.

1. Актуализация знаний.

1. Что называют переменным током? (Переменный ток — это вынужденные электромагнитные колебания)

2. Что мы знаем о нём? (Сила тока и напряжение меняются по гармоническому закону).

3. Чем создается переменное напряжение в гнездах розетки осветительной сети? (Переменное напряжение создается генераторами на электростанциях).

1. Изучение нового материала

Учитель: Из чего состоит генератор? Как он работает?

Для начала немного информации (сообщение об истории создания, видах,

областях применения генераторов)

Учитель: перед вами модель генератора переменного тока.

Опыт: генерирование тока для лампочки на подставке.

Учитель: На экране (слайд №2) большой промышленный генератор.

В настоящее время имеется много различных типов индукционных генераторов, но все они состоят из одних и тех, же частей.

Задание: изучите стр. 112-113 учебника и ответьте на вопросы:

1. Каковы основные части генератора? (запишите в тетради, укажите их на модели и на рисунке)

2. Каков принцип работы генератора?

3. Для чего зазор между сердечниками статора и ротора делают достаточно малым?

Учитель: Современный генератор – это внушительное сооружение, детали которого изготавливаются с точностью до миллиметра.

Учитель: Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Но передача связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода ЛЭП.

Вспомните закон Джоуля – Ленца. Согласно его: энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой: Q= I²R t

(формула открывается на доске).

При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной.

Проблемный вопрос: Как передать энергию на большие расстояния?

(рассуждения учащихся.)

Ответ: I²R = Р_тепл — тепловая мощность электрического тока.

Уменьшение этой мощности за счет уменьшения сопротивления R проводов ЛЭП означает увеличение площади поперечного сечения проводов, вспомните: R=ρl/s. Увеличение площади экономически невыгодно, так как надо израсходовать много металла. Поэтому следует уменьшить силу тока, но при этом увеличить напряжение, при котором передается мощность P=IU, вырабатываемая электростанцией.

Вывод: Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. В высоковольтных ЛЭП напряжение достигает 500, 750 кВ.

Вопрос: А какое напряжение у вас в домах? (ответы учащихся)

Как быть? Что делать?

Учитель: Переменный электрический ток никогда бы не получил такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовывать (трансформировать) почти без потерь энергии.

Не соответствие напряжений говорит о необходимости применения специального устройства, способного его изменять.

Это устройство – трансформатор, запатентованный в 1876 году русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым (слайд №3).

Учитель: Условное обозначение трансформатора приведено на рисунке.

(на доске рисунок)

Учитель:

1. На чем основано его действие? (на явлении электромагнитной

индукции)

1. Из каких частей состоит трансформатор? (сердечник, первичная и

вторичная обмотки)

1. От чего зависит напряжение на вторичной обмотке? (прямо

пропорционально числу витков и

производной потока магнитной

индукции по времени)

Внимание на экран: «Устройство трансформатора» (слайд №4)

Учитель: Аналогичная зависимость напряжения от числа витков наблюдается и на первичной обмотке. Таким образом, получаем:

U₁=N₁Ф¹

U₂=N₂Ф¹, следовательно

Вопрос: Как называется отношение напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора? При каком условии трансформатор будет повышающим, а при каком — понижающим?

Задание: Найдите ответ на стр. 116 учебника (ответ учащихся)

Ответ: Коэффициент трансформации. При k1 – трансформатор понижающий, при k

Решите задачу: Сборник А.П. Рымкевич № 976

(решить в тетрадях, с взаимопроверкой).

Учитель: (слайд №5). Если нагрузить трансформатор во вторичной обмотке, то сила тока в ней будет отлична от нуля. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца будет уменьшать изменение магнитного потока в сердечнике. Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока, казалось бы должно, в свою очередь, уменьшить ЭДС индукции в первичной обмотке. Однако это невозможно, так как U₁|=|e₁|. Поэтому при включении нагрузки, увеличивается сила тока в первичной обмотке.

Увеличение силы тока в цепи первичной обмотки происходит в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии в цепь, присоединенную к вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой.

(слайд №6) Мощность в первичной цепи при нагруженном трансформаторе, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

U₁ I₁=U₂ I₂ , следовательно U₁ / U₂=I₂ / I_1.

Это значит, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока.

Решите задачу: Задание на карточках.

КЛЮЧ: 1; 3; 1; 2

IV. Закрепление.

Компьютерный тест «Генератор и трансформатор»

(программа-тестер с отметкой).

V. Домашнее задание (слайд №7):

— §§37, 38, 40

— Подумайте и ответьте на вопрос: Почему трансформатор гудит?

— Из СМИ, сети Интернет подготовьте сообщения (в форме доклада, презентации) о «Производстве и использовании электрической энергии».

VI. Результат урока (оценки за урок, рефлексия).

Генерирование электрической энергии. Трансформаторы — презентация онлайн

1. Вынужденные
электромагнитные
колебания
— незатухающие колебания в цепи под
действием внешней, периодически
изменяющейся ЭДС.

4. Никола Тесла (09.07. 1856 – 07.01.1943)

НИКОЛА ТЕСЛА
(09.07. 1856 – 07.01.1943)
Известен как:
Изобретатель,
исследователь.
Переменный
ток,
асинхронная
машина,
магнитное
поле,
радиосвязь.

5. Томас Алва Эдисон (11.02.1847 – 18.10.1931)

ТОМАС АЛВА ЭДИСОН
(11.02.1847 – 18.10.1931)

6.

Никола ТеслаНИКОЛА ТЕСЛА

7. Виды генераторов:

ВИДЫ ГЕНЕРАТОРОВ:
Турбогенератор – это генератор,
который приводится в действие
паровой или газовой турбиной.
Дизель-агрегатгенератор, ротор
которого
вращается от
двигателя
внутреннего
сгорания.
Гидрогенератор вращает
гидротурбина
.

10. Общий вид генератора переменного тока с внутренними полюсами; Ротор является индуктором, а статор — якорем

ОБЩИЙ ВИД
ГЕНЕРАТОРА
ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА С
ВНУТРЕННИМИ
ПОЛЮСАМИ;
РОТОР
ЯВЛЯЕТСЯ
ИНДУКТОРОМ, А
СТАТОР —
ЯКОРЕМ

11. Схема устройства генератора: 1 — неподвижный якорь (статор), 2 — вращающийся индуктор (ротор), 3— контактные кольца, 4—

СХЕМА УСТРОЙСТВА ГЕНЕРАТОРА:
1 — НЕПОДВИЖНЫЙ ЯКОРЬ (СТАТОР),
2 — ВРАЩАЮЩИЙСЯ ИНДУКТОР (РОТОР),
3— КОНТАКТНЫЕ КОЛЬЦА,
4— СКОЛЬЗЯЩИЕ ПО НИМ ЩЕТКИ
Вращающийся индуктор
генератора I (ротор) и якорь
(статор) 2, в обмотке которого
индуцируется ток
Ротор (индуктор) генератора переменного тока с
внутренними полюсами. На валу ротора справа
показан ротор вспомогательной машины, дающей
постоянный ток для питания индуктора

14. Схема генератора переменного тока

СХЕМА ГЕНЕРАТОРА
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

15. Генератор переменного тока с постоянными магнитами, однофазный.

ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С
ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ,
ОДНОФАЗНЫЙ. Статор генератора
1 набран из
тонких фигурных
пластин
электротехническо
й стали. Пакет
пластин скреплен
заклепками.
На полюсах якоря
2 размещены
восемь катушек 3
якорной обмотки.
1 неподвижный сердечник-статор;
2 подвижный сердечник- ротор
(Обмотки-якорь)
(или постоян. магнит
-индуктор)
Первый тип генератор
второй тип генератора
Вынужденные
колебания создаются
генератором.
В генераторе:
— вращается рамка в которой создаются
электромагнитные колебания
— при вращении меняется магнитный поток
через рамку и создаётся ток индукции
BS cos
Мгновенное и амплитудное
значение ЭДС индукции
Ф
i
t
i max BS
e BS sin t Em sin t
е – мгновенное значение ЭДС индукции (в данный момент)
εimax-амплитудное значение ЭДС
ω – циклическая частота переменной ЭДС
магнит
Пар, вода или ветер
катушк
а
Основной элемент
1. АЭС-атомная электростанция..
2.ТЭС,ТЭЦ тепловые электростанции.
3.ГЭС-гидроэлектростанция.
4.ветровые электростанция.
5.прибойные электростанция.
турбина
Ф ВSNсоs t
Фm ВSN амплетудное значение Ф
i ВS N sin t электродвижущая сила
генератора
m ВS N амплитудаЭДС

21. 2. Преобразование электроинергии

2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОИНЕРГИИ

22. Трансформатор

ТРАНСФОРМАТОР
22
Трансформатор
– устройство,
применяемое для повышения
или понижения напряжения
переменного тока.

24. Устройство трансформатора

УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА
Сердечник из стальных листов
Условное обозначение на схемах

26. Запиши Характеристики трансформатора

ЗАПИШИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРА
U1, U2 – электрическое напряжение на концах
первичной и вторичной обмоток.
I1, I2
– сила тока в первичной и вторичной обмотках.
N1, N2 – число витков первичной и вторичной
обмоток.
k – коэффициент трансформации.
U 1 N1 I 2
k
U 2 N 2 I1
Коэффициент трансформации –
величина, равная отношению
напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора
1
N1
U1
k;
k;
k
2
N2
U2
Повышающий трансформатор трансформатор, увеличивающий
напряжение.
если k 1, то
U 2 U 1 , N 2 N1
Понижающий трансформатор трансформатор, уменьшающий
напряжение.
если k 1, то
U 2 U 1 , N 2 N1

30. Запиши КПД трансформатора

ЗАПИШИ
КПД ТРАНСФОРМАТОРА
Р1
и Р2 – мощность тока в первичной и
вторичной обмотках.
η — Коэффициент полезного действия
(КПД)
Р2 I 2U 2
Р1 I1U 1

31. Запиши КПД трансформатора

ЗАПИШИ
КПД ТРАНСФОРМАТОРА
Так
как КПД трансформатора примерно 9498%, то Р2 немного меньше чем Р1. Из этого
следует
I 2U 2 I1U1 I1U1
Сделайте вывод из этого соотношения
Во сколько раз трансформатор увеличивает
напряжение переменного тока, во столько
же раз уменьшается сила тока.

32. Запомни «трансформатор»

ЗАПОМНИ «ТРАНСФОРМАТОР»
Схематическое
обозначение
трансформатора

33. Закрепление «Трансформатор»

»»»»8,10,11
ЗАКРЕПЛЕНИЕ «ТРАНСФОРМАТОР»
»»»»
»»»»
33

Генерирование электрической энергии. Генератор переменного тока

Цели урока:

Обучающие:

1. Показать преимущества электрической энергии перед другими видами энергии.
2. Дать понятие о принципиальном устройстве генератора переменного тока.
3. Осветить экологические проблемы, связанные с выработкой электроэнергии.

Развивающая: Развитие логического мышления, профессиональной лексики.

Воспитывающая: Воспитывать самосознание и настойчивость в овладении профессией.

Оборудование:

• компьютер,
• проектор,
• источники тока – батарея карманного фонарика,
• фотоэлемент,
• модель генератора постоянного тока,
• DVD — диск «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия»,
• проверочный тест.

Тип урока: комбинированный, время проведения 40 минут.

Литература:

1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика-11 — М.: Просвещение, 2004г., 335с.
2. Мякишев Г.Я., Синяков А.З.,Физика-11,- М.: Дрофа, 2002г.,288стр.
3. Т.А.Демина, Экология, природопользование, охрана окружающей среды,- М., «Аспект Пресс», 1998г.,143с.
4. DVD – диск: «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия».
5. Газета «Физика», №21, 2003г, статья «Народонаселение и энергопотребление».

Основные этапы урока:

1. Организационный момент (2 мин.)
2. Актуализация опорных знаний (3-5 мин.)
3. Изучение нового материала (15 мин.)
4. Закрепление новой темы (5 мин.)
5. Проверка знаний (10 мин.)
6. Подведение итогов. (3 мин.)

Ход урока

1. Организационный момент
- приветствие, настрой деятельности на успех. (1 Слайд)

Здравствуйте ребята, сегодня тема нашего урока «Генерирование электрической энергии. Генератор переменного тока».

Эта тема созвучна с вашей профессией, вы будите изучать ее на уроках спецтехнологии, электротехники, на классном часе «Вы будущие энергетики» мы встречались со специалистами Сургутских ГРЭС, вы успешно прошли производственную практику, и многое уже знаете. Поэтому я рассчитываю на вашу помощь, заинтересованность. Надеюсь, что сегодня вы узнаете много нового и полезного.

2. Актуализация опорных знаний
– фронтальная беседа со студентами.

Прежде чем мы будем говорить о производстве электрического тока, давайте вспомним:

Вопрос: Что называют электрическим током?

Ответ: Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.

Вопрос: Какие вам известны источники тока?

Ответ: Аккумуляторы, батарейки и т. д.

У меня на столе всем известные источники тока: батарейка, фотоэлемент, модель индукционного генератора. Область применения каждого из перечисленных видов определяется их характеристиками. Давайте выясним, какие у них достоинства и недостатки и можно ли их применять повсеместно?

Химические источники тока: гальванические элементы; батареи аккумуляторов; ртутная батарейка, используемая в часах, калькуляторах и слуховых аппаратах, дает 1,4В; традиционная батарейка для карманного фонарика, дает 4,5 В. (демонстрация)

Достоинства – компактность, возможность использовать как автономный источник энергии.

Недостатки – небольшая энергоемкость, высокая стоимость энергии, недолговечность, проблема утилизации отходов.

Термоэлементы, фотоэлементы, солнечные батареи (демонстрация)

Достоинства – безмашинный способ получения энергии.

Недостатки – малый КПД, зависимость от погодных условий.

Преобладающую роль в наше время играют электромеханические

индукционные генераторы постоянного и переменного тока.

Практически они дают всю используемую энергию. Какие они имеют достоинства, преимущества и недостатки, нам предстоит выяснить сегодня на уроке.

3. Объяснение новой темы.

Так как мы сегодня изучаем генераторы переменного тока, давайте вспомним:

Вопрос: Что такое переменный ток?

Ответ: Переменный ток можно рассматривать как вынужденное колебательное движение свободных электронов или вынужденные электромагнитные колебания силы тока и напряжения, меняющееся со временем по гармоническому закону.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным, потому что напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовать (трансформировать) почти без потерь, а такие преобразования необходимы во многих электро- и радиотехнических устройствах. Но особенно большая необходимость трансформации напряжения и тока возникает при передаче электроэнергии на большие расстояния. Электрическая энергия обладает преимуществом перед всеми другими видами энергии: ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в другие формы: механическую, тепловую, световую и т.д.

(2 слайд) Запишите в тетради преимущества переменного тока.

В современной энергетике применяются индукционные генераторы переменного тока, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции.

Вопрос: Вспомните, что такое электромагнитная индукция, и кто открыл это явление?

Ответ: Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля.

(3 слайд) После открытия этого явления многие скептики, сомневаясь, спрашивали: «Какая от этого польза?»

На что Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?»

Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р.Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить».

И этим богатырем, изменившим облик Земли, является генератор.

Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию (запишите определение в тетрадь).

(4 слайд)

Электрический ток вырабатывается в генераторах — Откройте учебник на странице 106 рисунок 97. Давайте вместе назовем и запишем в тетради, как устроен генератор, его основные части.

— Что обозначено цифрой 1,2,3,4,5,6,7?

1. Ротор, вращающаяся часть генератора, создает магнитное поле от электромашины постоянного тока.

2. Статор, состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов, пластины сделаны из электротехнической стали.
3. Щетки, неподвижные пластины, прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.
4. Кольца, чтобы подводить ток к ротору и отводить из обмотки ротора во внешнюю цепь при помощи скользящих контактов.
5. Турбина, сочетание турбины с генератором переменного тока называется турбогенератором.
6. Станина, корпус, внутри которой размещены статор и ротор.
7. Возбудитель, генератор, вырабатываемый постоянный ток, который подводят к вращающему электромагниту.

В настоящее время существуют различные модификации индукционных генераторов. Но все они состоят, из одних и тех же, частей – это магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, и обмотка в которой индуцируется ЭДС.

Один из сердечников (обычно внутренний) вращается вокруг вертикальной или горизонтальной оси – называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют – статором.

(5слайд)

Обратите внимание, в данной модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит. При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. ЭДС индукции, следовательно, имеет магнитное происхождение.

На многих электростанциях земного шара именно сила Лоренца вызывает появление тока. ε = ε_m sin ωt

(6 слайд)

В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором. Обмотки, в которых наводится ЭДС, вложены в пазах статора – появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Из закона электромагнитной индукции следует: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Какова же должна быть скорость изменения магнитного потока, скорость вращения ротора, если в некоторых установках применяются токи в несколько килогерц и даже мегагерц? Для примера, попробуйте рассчитать скорость вращения ротора для стандартной частоты промышленного тока.

Чтобы ответить на данный вопрос, вспомните:

Вопрос: Чему равна частота промышленного тока?

Ответ: Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц во многих странах мира, в США частота равна 60Гц, это означает, что на протяжении 1 с. ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в противоположную.

-Тогда сколько колебаний будет происходить в 1 минуту?

Умножим на 60 сек. получается 3000 об/мин. Такая скорость нереальна и чтобы уменьшить скорость вращения, используют многополюсный магнит.

Частота наводимой ЭДС определяется формулой ν = p*n,

где р – число пар полюсов индуктора, n – частота вращения ротора.

Так, роторы генераторов Угличской ГЭС на Волге имеют 48 пар полюсов, и скорость их вращения уменьшается, становится 62,5 об/мин.

(7 слайд)

Мы живем в 21 веке и основой цивилизованного образа жизни, следовательно, и научно-технического прогресса, является энергия, которой требуется все больше и больше. Казалось бы, вырабатывайте ее сколько угодно, пока есть полезные ископаемые, есть машины, вырабатывающие эту энергию. Но здесь возникает проблема.

Эту проблему можно назвать — проблема «трех Э»: Энергетика + Экономика + Экология. Для бурного развития экономики, требуется все больше и больше энергии, увеличение выработки энергии — ведет к ухудшению экологии, наносит большой вред окружающей среде.

(8 слайд)

Ведь энергетика является одной из самых загрязняющих отраслей народного хозяйства. При неразумном подходе происходит нарушение нормального функционирования всех компонентов биосферы (воздуха, воды, почвы, животного и растительного мира), а в исключительных случаях, подобных Чернобылю, под угрозой оказывается и сама жизнь. Поэтому главным должен стать подход с экологических позиций, учитывающих интересы не только настоящего, но и будущего.

Между тем, ТЭС являются одними из основных загрязнителей атмосферы твердыми частицами золы, окислами серы и азота, а также углекислым газом, способствующим возникновению «парникового эффекта». Над городами образуются, так называемые острова тепла, из-за усиленного выброса энергии которых, нарушается нормальное течение атмосферных процессов. В сентябре этого года, мы все с вами были свидетелями образования торнадо над водохранилищем ГРЭС -2 в городе Сургуте.

(9 слайд)

Вопрос: Кто сможет объяснить это явление?

Ответ: Над поверхностью водохранилища образовался теплый воздушный фронт, в то время когда температура и давление окружающего воздуха были сравнительно низкими. Встреча, этих двух потоков и привела к образованию смерча.

Важнейшими направлениями экологизации научно-технического процесса, должны стать – внедрение ресурсосберегающих и безотходных технологий; переход к чистым и неисчерпаемым источникам энергии.

Уже разрабатываются, так называемые топливные элементы, в которых энергия освобождается в результате реакции водорода с кислородом, получили широкое применение МГД – генераторы. Строят электростанции разного типа, геотермальные, ветряные, солнечные и т.д.

4. Закрепление новой темы
— решение качественных и количественных задач.

Какими бы ни были типы электростанций, главное устройство на любом из них – это генератор.

Вопрос: Что называют генератором?

Ответ: Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую.

Вопрос: Назовите основные части генератора.

Ответ: Ротор, статор.

Вопрос: Фонари по дороге стоят одиноко.

Десять герц – частота переменного тока.

Кто ответит мне ясно, без тени смущенья:

Этот ток применяют ли для освещения?

Ответ: Нет.

Вопрос: Генератор переменного тока имеет на роторе 6 пар полюсов. Какой должна быть частота вращения ротора, чтобы генератор вырабатывал ток стандартной частоты?

Ответ: (500 об/мин)

5. Проверка знаний — проверь соседа! (приложение 1, приложение 2)

А сейчас проверим, на сколько, вы усвоили данный материал. У вас на столах лежат тестовые задания по теме нашего урока и карточка, в которую вы заносите правильный ответ. Кто ответит правильно на 6 вопросов, получит «5», на 4-5 вопросов, оценку — «4», за 3 правильных ответа получит «3».

6. Подведение итогов. (10 слайд)

Сегодня на уроке, мы с вами разобрали принцип действия генератора, этого внушительного сооружения из проводов, изоляционных материалов, стальных конструкций. Не перестаю удивляться, как при таких огромных размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготавливаются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать, электрическую энергию столь же непрерывно и экономично. А теперь постарайтесь ответить на вопрос, поставленный в начале урока.

— Какие достоинства и недостатки у генератора переменного тока?

О трехфазном генераторе вы узнаете на уроках электротехники, а к следующему уроку попрошу вас приготовить сообщение о новых, современных типах генераторов.

Выставление оценок в журнал. Домашнее задание. § 37 (учебник «Физика-11» Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев)

Спасибо за внимание. Всего хорошего. До свидания.

Презентация

Международный электротехнический словарь. Часть 415. Установки ветроэнергетические. Системы генерирования электроэнергии – РТС-тендер

Часть 415-01 Ветровые установки и системы генерирования электрической энергии
415-01-01 ветровая установка; ВУ: Вращающаяся машина, предназначенная для преобразования кинетической энергии воздушного потока в другой вид энергии.		wind turbine
415-01-02 система генерирования электрической энергии ветровой установки; СГЭЭ ВУ: Система, предназначенная для преобразования кинетической энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию. Примечание — Данная терминологическая статья представляет собой дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.2.3 ГОСТ Р 51237.		wind turbine generator system WTGS
415-01-03 ветроэлектростанция [ветропарк]: Электростанция, состоящая из группы или групп ветровых установок. [602-01-30 MOD].		wind power station (wind farm)
________________ Информация по данной нормативной ссылке приведена в приложении ДБ.
Примечание — Данная терминологическая статья представляет собой дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3. 1.5 ГОСТ Р 51237.
415-01-04 горизонтально-осевая ВУ: Ветровая установка, у которой ось ветроколеса расположена вертикально.		horizontal axis wind turbine
415-01-05 вертикально-осевая ВУ: Ветровая установка, имеющая вертикально расположенную ось ветроколеса.		vertical axis wind turbine
415-01-06 втулка (для ВУ): Устройство, с помощью которого осуществляется фиксация лопастей ветроколеса или их сборочных единиц, на валу ветроколеса. Примечание — Данная терминологическая статья представляет собой дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.3.3.6 ГОСТ Р 51237.		hub (for wind turbines)
415-01-07 гондола ВУ: Помещение, расположенное на верху башни горизонтально-осевой ветровой установки, в котором находятся различные элементы, например трансмиссия. Примечание — Данная терминологическая статья представляет собой дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.3.8 ГОСТ Р 51237.		nacelle
415-01-08 несущая конструкция (для ВУ): Часть ветровой установки, включающая башню и фундамент.		support structure (for wind turbines)
415-01-09 выключение (для ВУ): Переходный процесс, испытываемый ветровой установкой, между состоянием выработки ею энергии и состоянием ее остановки или холостого хода.		shutdown (for wind turbines)
415-01-10 нормальное выключение (для ВУ): Выключение ветровой установки, при котором все его этапы находятся под контролем системы управления.		normal shutdown (for wind turbines)
415-01-11 аварийный останов (для ВУ): Остановка ветровой установки, последовавшая в результате включения системы защиты или вмешательства персонала.		emergency shutdown (for wind turbines)
415-01-12 холостой ход (для СГЭЭ ВУ): Состояние генератора ветровой установки, при котором он медленно вращается, не производя электрической энергии.		idling (for wind turbines generator systems)
415-01-13 блокировка (для ВУ): Способ предотвращения взаимного движения элементов конструкции и механизмов ветровой установки. Примечание — Блокировка осуществляется при помощи различных устройств, которые не могут быть рассоединены случайно, например штифты, штыри, пальцы (кроме обычного механического тормоза).		blocking (for wind turbines)
415-01-14 парковка ВУ: Состояние ветровой установки, в которое она приходит в случае нормального выключения.		parking
415-01-15 состояние покоя СГЭЭ ВУ: Состояние системы генерирования электрической энергии, когда она остановлена.		standstill
415-01-16 тормоз (для ВУ): Устройство ветровой установки, способное снижать скорость вращения ветроколеса или останавливать его вращение.		brake (for wind turbines)
415-01-17 парковочный тормоз (для ВУ): Тормоз ветровой установки, предохраняющий ветроколесо от вращения.		parking brake (for wind turbines)
415-01-18 скорость ветроколеса (для ВУ): Скорость вращения ротора ветровой установки вокруг его оси. Примечание — Данная терминологическая статья представляет дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.3.3.9 ГОСТ Р 51237.		rotor speed (for wind turbines)
415-01-19 система управления (для ВУ): Подсистема, которая получает информацию о состоянии ветровой установки, ее элементов и/или окружающей ее среды, и удерживает ветровую установку в заданных рабочих пределах.		control system (for wind turbines)
415-01-20 система защиты (для СГЭЭ ВУ): Система, не позволяющая системе генерирования электрической энергии ветровой установки выйти за проектные ограничения. Примечание — В случае противоречий защитная функция преобладает над системой управления.		protection system (for WTGS)
415-01-21 установка на ветер ВУ: Поворот оси ветроколеса относительно вертикальной оси на ветер. Примечание — Только для горизонтально-осевых ВУ.		yawing
Часть 415-02 Проектные параметры и параметры безопасности
415-02-01 проектное состояние ВУ: Возможное в процессе эксплуатации состояние ветровой установки. Примечание — К проектному состоянию относятся, например производство энергии, парковка.		design situation
415-02-02 случай нагружения ВУ: Сочетание проектного состояния ветровой установки и внешних условий, которое приводит к нагружению элементов конструкции.		load case
415-02-03 внешние условия (для ВУ): Факторы, оказывающие воздействия на процесс эксплуатации ветровой установки. Примечание — Данные факторы включают ветровой режим и прочие климатические факторы (например, снег, гололед), возможность возникновения землетрясения и условия, накладываемые на подключение к сетям.		external conditions (for wind turbines)
415-02-04 проектные ограничения СГЭЭ ВУ: Максимальные или минимальные значения различных параметров системы генерирования электрической энергии ветровой установки, используемые в проекте.		design limits
415-02-05 предельное состояние ВУ: Состояние конструкции ветровой установки и нагрузок, действующих на нее, превышение которых приводит к тому, что конструкция больше не удовлетворяет проектным требованиям (см. [1]). Примечание — Целью проектных расчетов (т.е. проектных требований для предельного состояния) является обеспечение сохранности при вероятном предельном состоянии, характеристики которого ниже определенного значения, установленного для определенного конструктивного типа (см. [1]).		limit state
________________ Стандарт [1] применяется в международной практике. В настоящее время отсутствуют национальные стандарты, ссылки на которые могли бы заменить ссылки на [1] в настоящем стандарте.
415-02-06 предельные рабочие состояния ВУ: Условия, соответствующие граничным характеристикам процесса нормальной эксплуатации ветровой установки.		serviceability limit states
415-02-07 состояние предельной прочности ВУ: Предельное состояние ветровой установки, предшествующее началу разрушения, при котором могут наблюдаться значительные деформации или напряжения.		ultimate limit state
415-02-08 срок службы ВУ: Заданный срок эксплуатации ветровой установки при наличии технического обслуживания и с установленной вероятностью аварийного разрушения.		safe life
415-02-09 катастрофический отказ (для ВУ): Нарушение конструкционных связей или разрушение элемента конструкции или детали ветровой установки, которое приводит к потере ее жизненно важных функций и снижению безопасности		catastrophic failure (for wind turbines)
415-02-10 скрытый отказ ВУ: Отказ отдельного элемента, системы или ее части, который остается не выявленным в течение нормальной эксплуатации ветровой установки [191-05-29 MOD]**		latent fault dormant failure
________________ Информация по данной терминологической статье приведена в приложении ДБ
Часть 415-03 Параметры ветра
415-03-03 скорость ветра в точке вращающегося ветроколеса ВУ: Скорость ветра, которая действует на выбранную фиксированную точку вращающегося ветроколеса ветровой установки. Примечание — Спектр турбулентности ветра в выбранной точке вращающегося ветроколеса ветровой установки отличается от нормального спектра турбулентности. Вращаясь, лопасть пересекает набегающий воздушный поток, который изменяется в пространстве, поэтому результирующий спектр турбулентности содержит большое количество вариаций и гармоник, обусловленных частотой вращения.		rotationally sampled wind velocity
415-03-04 номинальная скорость ветра (для ВУ): Расчетная скорость ветра, при которой достигается номинальная мощность ветровой установки при устойчивом не турбулентном набегающем воздушном потоке. Примечание — Данная терминологическая статья представляет дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.2.12 ГОСТ Р 51237.		rated wind speed (for wind turbines)
415-03-05 минимальная рабочая скорость ветра (для ВУ): Величина самой малой скорости ветра на высоте оси ветроколеса, при которой ветровая установка начинает вырабатывать электрическую энергию при устойчивом не турбулентном набегающем воздушном потоке. Примечание — Данная терминологическая статья представляет дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.2.11 ГОСТ Р 51237.		cut-in wind speed
415-03-06 максимальная рабочая скорость ветра (для ВУ): Величина самой большой расчетной скорости набегающего устойчивого не турбулентного ветрового потока, измеренной на высоте оси ветроколеса, при которой ветровая установка еще продолжает вырабатывать электрическую энергию. Примечание — Данная терминологическая статья представляет собой дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.2.13 ГОСТ Р 51237.		cut-out wind speed
415-03-10 экстремальная скорость ветра: Величина самой высокой скорости ветра, усредненной за период с, с ежегодной вероятностью превышения («период повторяемости» — лет). Примечание — Периоды повторяемости лет и год и интервалы времени, для которых определяется среднее значение, составляют с и минут применяются в ряде стандартов. Часто используется широко известный, но менее точный термин — «скорость ветра выживания». На практике, однако, при проектировании СГЭЭ ВУ используются экстремальные скорости ветра для проектных случаев нагружения.		extreme wind speed
415-03-11 скорость ветра выживания: Популярное название предельно допустимой скорости ветра, заложенной при проектировании СГЭЭ ВУ, которую конструкция должна выдержать. Примечание — данный термин не применяется в серии группе стандартов ГОСТ Р 54418; вместо этого для проектных случаев используют понятие «экстремальная скорость ветра» (415-03-10).		survival wind speed
415-03-12 базовая скорость ветра (для ВУ): Основная экстремальная характеристика скорости ветра, используемая для классификации ветровых установок. Примечания 1 Прочие климатические параметры, оказывающие влияние на конструкцию ВУ, выводятся из базовой скорости и прочих основных параметров, определяемых классом принадлежности ВУ. 2 ВУ, спроектированная в соответствии с требованиями класса ВУ, имеющего установленную базовую скорость, должна выдерживать климатические условия, в которых экстремальная средняя за 10-минутный интервал скорость ветра с периодом повторяемости 50 лет на высоте оси ветроколеса меньше или равна этой базовой скорости.		reference wind speed
Часть 415-04 Электрические подключения
415-04-01 объединяющая линия (для СГЭЭ ВУ): Электрическое соединение между системой генерирования электрической энергии ветровой установки и системой подключения, которое служит для передачи электрической энергии как в систему подключения, так и в обратном направлении. [601-01-11]		interconnection (for WTGS)
________________ Информация по данной нормативной ссылке приведена в приложении ДБ.
415-04-02 выходная мощность (для СГЭЭ ВУ): Количество электрической энергии, вырабатываемой системой генерирования электрической энергии ветровой установки в единицу времени.		output power (for WTGS)
415-04-03 номинальная мощность (для СГЭЭ ВУ): Величина максимальной непрерывной электрической мощности, выдаваемой системой генерирования электрической энергии ветровой установки в сеть подключения в режиме нормальной эксплуатации и при нормальных внешних условиях, которая была задана в процессе проектирования СГЭЭ ВУ.		rated power (for WTGS)
415-04-04 максимальная мощность СГЭЭ ВУ: Наибольшая величина мощности, выданная системой генерирования электрической энергии ветровой установки в сеть подключения в процессе нормальной эксплуатации.		maximum power (of a wind turbine generator system)
415-04-05 точка подключения (для СГЭЭ ВУ): Кабельные муфты каждой отдельной системы генерирования электрической энергии ветровой установки. Примечание — Для ветроэлектростанции — устройства, с помощью которых осуществляется соединение с шинами местной системы сбора мощности.		network connection point (for WTGS)
415-04-06 система приема мощности (для СГЭЭ ВУ): Электрическая система, которая предназначена для приема выработанной электрической энергии системой генерирования электрической энергии ветровой установки и передачи ее в электрическую систему подключения через повышающий трансформатор или электрическую нагрузку.		power collection system (for WTGS)
415-04-07 общестанционное электрическое оборудование ветроэлектростанции: Электрическое оборудование и необходимые устройства, расположенные между клеммами системы генерирования электрической энергии ветровой установки и точкой подключения к сети.		site electrical facilities
Часть 415-05 Измерение величины выработанной электрической энергии
415-05-01 производительность СГЭЭ ВУ: Мера способности системы генерирования электрической энергии ветровой установки генерировать электрическую мощность и энергию.		power performance
415-05-02 выданная мощность СГЭЭ ВУ: Количество переданной в распределительную сеть мощности системой генерирования электрической энергии ветровой установки, которая была выработана ее системой генерирования электрической энергии.		net electric power output
415-05-03 коэффициент преобразования энергии ветра ВУ: Отношение полезной электрической мощности, выработанной системой генерирования электрической энергии ветровой установкой, к мощности набегающего невозмущенного воздушного потока по ометаемой площади ветроколеса ветровой установки.		power coefficient
415-05-04 скорость ветра в невозмущенном потоке (для ВУ): Скорость течения естественного невозмущенного воздушного потока, измеренная на высоте оси ветроколеса ветровой установки.		freestream wind speed
415-05-05 ометаемая площадь ВУ: Площадь проекции поверхности, которую описывает ветроколесо ветровой установки за один полный оборот, на плоскость, перпендикулярную к направлению скорости ветра. Примечание — Данная терминологическая статья представляет дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте. При применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.3.3.2 ГОСТ Р 51237.		swept area
415-05-06 высота оси ВУ: Высота центра ометаемой площади ветроколеса ветровой установки над поверхностью земли. Примечание — Для ветровых установок с вертикальной осью вращения высота оси измеряется до экваториальной плоскости.		hub height
415-05-07 график измеренной выходной мощности СГЭЭ ВУ: Табличные и графические представления замеренной, исправленной и нормализованной полезной мощности, выработанной системой генерирования электрической энергии ветровой установки, в функции измеренной скорости ветра в строгом соответствии определенной методике измерений		measured power curve
415-05-08 экстраполированный график выходной мощности СГЭЭ ВУ: График мощности, вырабатываемой системой генерирования электрической энергии ветровой установки, достроенный в интервале скоростей ветра от наибольшей измеренной скорости ветра до скорости ветра отключения.		extrapolated power curve
415-05-09 годовая выработка энергии СГЭЭ ВУ: Полный объем произведенной системой генерирования электрической энергии ветровой установки электрической энергии в течение одного года, определенный на основе измеренной выходной мощности и различных базовых плотностей распределения скорости ветра на высоте оси ветроколеса в предположении 100%-ной готовности ветровой установки.		annual energy production
415-05-10 техническая готовность (для СГЭЭ ВУ): Отношение полного числа часов, исключая время нахождения системы генерирования электрической энергии ветровой установки в режиме технического обслуживания и отказов, к полному числу часов в рассматриваемом периоде, выраженное в процентах.		availability (for WTGS)
415-05-11 набор данных (для измерения мощности): Совокупность данных, полученных выборкой в течение установленного непрерывного интервала времени.		data set (for power performance measurement)
415-05-12 точность (для СГЭЭ ВУ): Установленная величина характеристики, которая показывает погрешность выполненных измерений.		accuracy (for WTGS)
415-05-15 период измерений вырабатываемой мощности СГЭЭ ВУ: Интервал времени, в течение которого для проверки величины вырабатываемой мощности системы генерирования электрической энергии ветровой установки, собрана статистически достоверная база совокупных данных.		measurement period
415-05-16 сектор измерений направления ветра (для ВУ): Совокупность направлений ветра, по которым собираются данные для построения графика выходной мощности ветровой установки.		measurement sector
415-05-18 угол установки лопасти ветроколеса ВУ: Угол между линией хорды в определенной радиальной точке лопасти (обычно 100% от радиуса лопасти) и плоскостью вращения ветроколеса ветровой установки. Примечание — Данная терминологическая статья представляет дословный перевод на русский язык термина, приведенного в международном стандарте; при применении данного термина целесообразно учитывать терминологическую статью 3.3.5 ГОСТ Р 51237.		pitch angle
415-05-20 испытательная площадка (для ВУ): Территория, включающая место установки системы генерирования электрической энергии ветровой установки и окрестности, при проведении измерений мощности.		test site
415-05-21 искажение течения воздушного потока (для ВУ): Изменения в течении воздушного потока, вызываемые аэродинамическими препятствиями, рельефом местности или другими ветровыми установками, которые приводят к отклонениям измеренной величины скорости от величины скорости в невозмущенном воздушном потоке, а также к существенной погрешности		flow distortion
415-05-23 сложный ландшафт (для ВУ): Ландшафт, окружающий испытательную площадку для ветровой установки, который имеет существенные изменения рельефа и препятствия на поверхности земли, которые могут вызвать искажение воздушного потока, набегающего на ветровую установку.		complex terrain
Часть 415-06 Измерение шума
415-06-01 уровень звукового давления (для ВУ): Логарифм отношения величины квадратного корня из среднего значения квадратов измеренных величин звукового давления к базовому уровню звукового давления. Примечания 1 Уровень звукового давления в децибелах равен двадцатикратной величине десятичного логарифма этого отношения [801-22-07 MOD].		sound pressure level
________________ Информация по данной нормативной ссылке приведена в приложении ДБ.
2 Для СГЭЭ ВУ базовый уровень звукового давления равен 20 мкПа, при этом звуковое давление должно быть получено на основе стандартного частотного взвешивания и стандартного экспоненциального времени взвешивания.
415-06-02 взвешенный уровень звукового давления (для ВУ): Логарифм отношения данного звукового давления к базовому звуковому давлению, равному 20 мкПа. Примечания 1 Уровень звука в децибелах равен двадцатикратной величине десятичного логарифма этого отношения [801-22-14 MOD].		weighted sound pressure level sound level
________________ Информация по данной нормативной ссылке приведена в приложении ДБ.
2 Стандартные частотные взвешивания (например, ), примененные в ГОСТ Р 54418.11, приведены в ГОСТ Р 53188.1. 3 В оригинальном тексте МЭК 60050-415 (1999) у термина 415-06-02 имеется второе название, которое можно перевести как «уровень звука».
415-06-03 наблюдаемый уровень звуковой мощности (для ВУ): откорректированный по уровень звуковой мощности при опорной звуковой мощности, равной 1 пВт при таком же звуковом давлении, излучаемом из центра ветроколеса в воздушном потоке за ветроколесом, как определено для акустической базовой скорости ветра. Примечание — Наблюдаемый уровень звуковой мощности обычно выражается в децибелах.		apparent sound power level
415-06-04 направленность (для СГЭЭ ВУ): Разность величин откорректированных по уровней звукового давления, измеренных в различных точках измерения с величиной, измеренной в базовой точке за ветроколесом, приведенных к одному расстоянию от оси ветроколеса. Примечания 1 Направленность выражается в децибелах. 2 Ключевые и измеряемые позиции определяются в соответствующих стандартах (ГОСТ Р 54418.11).		directivity (for WTGS)
415-06-06 акустическая базовая скорость ветра (для СГЭЭ ВУ): Скорость ветра, равная 8 м/с, измеренная на высоте 10 м при шероховатости подстилающей поверхности, равной 0,05 м, которая используется в расчетах очевидного уровня звуковой мощности для обеспечения универсальной основы для сравнения очевидных уровней звуковой мощности, излучаемых системами генерирования электроэнергии ветровой установки. Примечание — Акустическая базовая скорость ветра, как правило, выражается в м/с.		acoustic reference wind speed
415-06-10 базовое расстояние (для СГЭЭ ВУ): Номинальная величина горизонтального расстояния от центра основания системы генерирования электрической энергии ветровой установки до каждой из предписанных точек установки микрофона. Примечание — Базовое расстояние измеряется в метрах.		reference distance
415-06-11 угол измерения звукового излучения (для ВУ): Угол между плоскостью, на которой установлен микрофон, и линией, проведенной от микрофона до центра ветроколеса ветровой установки. Примечания 1 Использование термина «угол наклона» для угла измерения звукового излучения не допускается. 2 Угол измерения звукового излучения выражается в градусах.		grazing angle

Производство электроэнергии — образование в области энергетики

Рисунок 1. Угольная электростанция в Англии. Угольные предприятия вносят наибольший вклад как в производство электроэнергии в мире, так и в изменение климата. ^[1]

Электроэнергия — это валюта энергии, а не источник энергии, что означает, что выработка электроэнергии должна начинаться с первичного источника энергии, такого как топливо или поток первичной энергии. Эти виды топлива и потоки обычно превращаются в электрический ток, который передает электроэнергию в сеть.

Электростанции — это наиболее часто используемая технология преобразования энергии для производства электроэнергии из первичной энергии. Общие типы электростанций включают угольные, атомные и гидроэлектростанции. Хотя возможно производство как переменного тока, так и постоянного тока, почти вся электроэнергия, вырабатываемая генератором, представляет собой переменный ток. Движение (кинетическая энергия) преобразуется в электрическое и магнитное поля, которые создают электродвижущую силу, которая заставляет ток течь по проводу.Это электричество обычно проходит через электрическую сеть, позволяя электрическому устройству использовать энергию электронов, а затем отправлять электроны обратно. Это то, что подразумевается под электрической цепью, электроны должны быть способны совершать круговой обход.

Производство электроэнергии в мире

На карте ниже показано, как разные страны вырабатывают электроэнергию из различных первичных источников энергии. Нажмите на регион, чтобы увеличить группу стран, затем нажмите на страну, чтобы увидеть, откуда поступает электричество.

Чтобы изучить график мирового потребления электроэнергии в контексте других видов использования энергии, щелкните здесь.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

• Переменный ток
• Энергия для производства электроэнергии по странам
• Электросеть
• Электрогенератор
• Или исследуйте случайную страницу!

Ссылки

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Ferrybridge_%27C%27_Power_Station_-_geograph.org.uk_-_35089.jpg

Об электроэнергетической системе США и ее влиянии на окружающую среду

Электроэнергетическая система США

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

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

Посмотреть текстовую версию этой схемы ►

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

Как и где вырабатывается электроэнергия

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

Подача и использование электроэнергии

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

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

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

Как сеть соответствует выработке и спросу

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

Воздействие энергосистемы на окружающую среду

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

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

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

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

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

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

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

Как в вашем штате вырабатывается электроэнергия?

Этот интерактив был обновлен в 2020 году. Посетите эту страницу, чтобы увидеть последние.

В целом, ископаемое топливо по-прежнему доминирует в производстве электроэнергии в Соединенных Штатах. Но переход с угля на природный газ помог снизить выбросы углекислого газа и другие загрязнения. В прошлом году уголь был основным источником производства электроэнергии для 18 штатов по сравнению с 32 штатами в 2001 году.

Главный источник производства электроэнергии в каждом штате

Но эксперты предупреждают, что одного перехода на природный газ недостаточно для сокращения выбросов и предотвращения опасного глобального потепления.

«Переход с угля на газ — это хорошо в краткосрочной перспективе, но это не решение в долгосрочной перспективе», — сказал Северин Боренштейн, директор Института энергетики Калифорнийского университета в школе бизнеса Haas в Беркли. «Газ по-прежнему производит много парниковых газов. Мы не можем оставаться на газе и решить эту проблему. В конечном итоге нам придется перейти к источникам с гораздо меньшим или нулевым содержанием углерода ».

Мы составили схему производства электроэнергии в каждом штате в период с 2001 по 2017 год, используя данные Управления энергетической информации США.Прокрутите вниз или перейдите к своему состоянию:

В 2001 году уголь служил топливом для более чем половины электроэнергии, производимой в Алабаме, но с тех пор несколько стареющих угольных электростанций штата были закрыты или перешли на сжигание более дешевого природного газа. К 2017 году основным источником электроэнергии в штате был природный газ, за ​​которым следовала атомная энергия. Уголь занял третье место, обеспечивая чуть менее четверти выработки электроэнергии в штате.

Алабама вырабатывает больше электроэнергии, чем потребляет, и обычно отправляет около одной трети своей продукции в соседние штаты.

Природный газ был основным источником производства электроэнергии на Аляске с 2001 года, но за это время доля гидроэлектроэнергии увеличилась. Государство стремится к 2025 году получать 50 процентов своей электроэнергии из возобновляемых источников, но эта цель является добровольной и не имеет юридического значения.

Аляска имеет свою собственную электрическую сеть, а это означает, что «независимо от того, какая электроэнергия вырабатывается, они потребляют то, что они потребляют», — сказал Гленн МакГрат, аналитик энергетических систем Управления энергетической информации.»Это настолько изолированно, насколько это возможно».

Многие сельские районы Аляски вообще не подключены к основной сети и используют дизельные генераторы для выработки электроэнергии.

Уголь

был основным источником выработки электроэнергии в Аризоне до 2016 года, когда природный газ производил больше энергии. В прошлом году природный газ, атомная энергия и уголь обеспечивали чуть менее трети электроэнергии, производимой в штате.

Но ожидается, что угольная энергетика продолжит снижаться. Государственная генерирующая станция навахо, крупнейшая угольная электростанция на Западе, должна быть закрыта в 2019 году, в основном из-за конкуренции со стороны более дешевого природного газа.

Аризона поставляет электроэнергию на весь Юго-Запад. Штат обладает огромным солнечным потенциалом, и к 2025 году коммунальные предприятия должны будут получать 15 процентов своей электроэнергии из возобновляемых источников.В ноябре избиратели отклонили инициативу голосования, которая повысила бы эту цель до более амбициозных 50 процентов к 2035 году.

Уголь

был основным источником электроэнергии, производимой в Арканзасе каждый год в период с 2001 по 2017 год, но его доля в генерации в течение этого времени медленно снижалась. В то же время объем природного газа увеличился и составил более четверти электроэнергии, произведенной в штате в прошлом году, по сравнению с 6 процентами в 2001 году.

Арканзас производит больше электроэнергии, чем потребляет, и экспортирует электроэнергию в соседние штаты.

Природный газ является основным источником электроэнергии в Калифорнии с 2001 года. Но половина электроэнергии, произведенной в штате в прошлом году, была получена из возобновляемых источников, включая солнечную, ветровую, геотермальную и гидроэлектроэнергетику.

Электроэнергетика, объем которой сократился в период с 2014 по 2015 год из-за засухи, в прошлом году снова вырос, обеспечивая наибольшую долю возобновляемой генерации в штате. Солнечная энергия быстро выросла за последние пять лет, в основном из-за государственной политики, такой как агрессивный стандарт возобновляемой энергии.В этом году Калифорния обязалась к 2045 году получать всю свою электроэнергию из источников с нулевым выбросом углерода.

В прошлом году около четверти электроэнергии, потребляемой в штате, в том числе вырабатываемой за счет угля, поступало из-за пределов его границ. (Импорт не показан на графике выше.) Но Калифорния планирует прекратить покупать электроэнергию у угольных электростанций в Юте и других штатах.

Подавляющее большинство электроэнергии, производимой в Колорадо, производится из ископаемых источников топлива: около половины из угля и четверть из природного газа.Но за последнее десятилетие ветроэнергетика выросла. В прошлом году ветер был третьим по величине источником электроэнергии, производимой в Колорадо, на его долю приходилась почти пятая часть выработки в штате.

Колорадо установило требование, чтобы к 2020 году 30 процентов электроэнергии, продаваемой коммунальными предприятиями, поступало из возобновляемых источников.

Ядерная энергия и природный газ обеспечивали подавляющее большинство электроэнергии, произведенной в Коннектикуте в период с 2001 по 2017 год.В то время росло производство природного газа, на долю которого в прошлом году приходилось почти половину выработки электроэнергии в штате по сравнению с 13 процентами почти двумя десятилетиями ранее. Производство угля в штате почти полностью прекратилось, а последняя оставшаяся угольная электростанция Коннектикута, Бриджпорт-Харбор, должна быть закрыта в 2021 году.

В 2017 году пять процентов электроэнергии, произведенной в Коннектикуте, было произведено из возобновляемых источников. В этом году штат расширил свой стандарт возобновляемой энергии, чтобы к 2030 году коммунальные предприятия получали 40 процентов электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников.

Природный газ заменил уголь в качестве основного источника электроэнергии, производимой в Делавэре в 2010 году, и с тех пор доля угля в выработке электроэнергии резко снизилась. На уголь приходилось 70 процентов электроэнергии, производимой в Делавэре в 2008 году, на пиковом уровне, но чуть меньше 5 процентов к 2017 году. За тот же период доля природного газа в выработке электроэнергии увеличилась более чем в четыре раза.

Частично благодаря этому сдвигу выбросы углекислого газа в электроэнергетическом секторе штата снизились за последнее десятилетие.Делавэр потребует, чтобы к 2025 году коммунальные предприятия получали 25 процентов электроэнергии из возобновляемых источников.

Электроэнергия, производимая в штате, обеспечивает «от двух третей до трех четвертей электроэнергии, проданной потребителям Делавэра», согласно данным E.I.A. Остальное поступает из соседних государств через региональную сеть. (Импорт не показан в таблице выше.)

В 2001 году более трети электроэнергии, производимой во Флориде, приходилось на сжигание угля, но два года спустя природный газ превзошел уголь в качестве основного источника выработки электроэнергии в штате и продолжал увеличивать свою долю в структуре электроэнергетики штата.К 2017 году природный газ составлял две трети производства электроэнергии Флориды, что более чем вдвое превышало средний показатель по стране.

Флорида является вторым по величине производителем электроэнергии в стране после Техаса, но по-прежнему полагается на импорт из соседних штатов для удовлетворения потребительского спроса.

Несмотря на свое прозвище, Солнечный штат вырабатывает очень мало энергии за счет солнечной энергии и не имеет потребности в возобновляемых источниках энергии.

Уголь обеспечивал большую часть выработки электроэнергии в Грузии в 2000-е годы, но его объем снизился по мере увеличения выработки природного газа. В последние годы доля угольной генерации резко упала, поскольку несколько устаревающих угольных электростанций были выведены из эксплуатации.

Коммунальные предприятия штата находятся в процессе строительства двух новых ядерных реакторов, это единственные новые ядерные проекты, строящиеся в стране.

Около десятой части выработки электроэнергии в Грузии в прошлом году приходилось на возобновляемые источники, в основном из биомассы и гидроэлектроэнергии. Но солнечная энергия в штате быстро растет. Джорджия не предъявляет каких-либо требований к возобновляемым источникам энергии на уровне штата, но город Атланта разрабатывает план по обеспечению всей своей электроэнергии из возобновляемых источников к 2035 году.

Гавайи в последние два десятилетия в значительной степени полагались на импортную нефть для производства электроэнергии.Но у штата есть смелый план — к 2045 году вырабатывать всю свою энергию из местных возобновляемых источников.

В прошлом году на долю возобновляемых источников энергии приходилось четверть электроэнергии, производимой на Гавайях, по сравнению с менее чем одной десятой в 2001 году. Производство солнечной энергии, в основном с помощью небольших крышных панелей, быстро росло в штате за последние пять лет.

Гидроэнергетика долгое время преобладала в структуре генерирующих мощностей Айдахо.Но в последние годы его доля снизилась, отчасти из-за засухи. Штат по-прежнему производит большую часть электроэнергии из возобновляемых источников: в прошлом году ветряная энергия вырабатывала 15 процентов электроэнергии в штате по сравнению с менее чем 2 процентами десять лет назад. Солнечная энергия, хотя и небольшая, в период с 2016 по 2017 год резко выросла.

Айдахо в значительной степени зависит от импорта из штата для удовлетворения спроса на электроэнергию. По словам Э.Я. (Данные импорта не показаны на диаграмме выше.)

Атомная энергия — главный источник электроэнергии в штате Иллинойс. Он обеспечивает более половины электроэнергии, производимой в штате в течение почти двух десятилетий. Уголь также является важным источником энергии для государства — даже превосходя ядерный как источник энергии высшего качества дважды за последнее десятилетие, в 2004 и снова в 2008 году — но его доля снизилась в последние годы, поскольку старые электростанции были выведены из эксплуатации или преобразованы для сжигания природного газа.Как природный газ, так и энергия ветра увеличились за последнее десятилетие.

Иллинойс производит «значительно больше» электроэнергии, чем потребляет в штате, согласно данным E.I.A. Он отправляет излишки в государства Средней Атлантики и Среднего Запада через региональные сети.

Уголь вырабатывает большую часть электроэнергии, производимой в Индиане в течение почти двух десятилетий, но в последние годы природный газ и энергия ветра получили широкое распространение.В 2001 году на природный газ приходилось 2 процента выработки электроэнергии в штате, но в 2017 году он вырос до почти 20 процентов.

Законодательное собрание штата Индиана установило в 2011 году добровольный стандарт чистой энергии, который поощряет электроэнергетические компании получать все больше энергии из возобновляемых и других альтернативных источников энергии. Однако, по данным E.I.A., в прошлом году в программе не участвовали коммунальные предприятия Индианы.

За последнее десятилетие в Айове произошел взрывной рост энергии ветра.Ветер давал лишь 1 процент электроэнергии, производимой в штате в 2001 году, но вырос почти до 40 процентов к 2017 году. Айова по-прежнему производит почти половину своей электроэнергии из угля, но доля угля в генерации снизилась с 2010 года.

В абсолютном выражении штат, один из самых ветреных в стране, был третьим по величине производителем энергии ветра в прошлом году после Техаса и Оклахомы. Айова производит больше энергии, чем потребляет, отправляя излишки в соседние штаты.

Айова в 1983 году стала первым штатом, принявшим закон, требующий от коммунальных предприятий получать некоторое количество электроэнергии из возобновляемых источников, но штат не обновил свои стандарты.

Как и во многих штатах Великих равнин, в Канзасе за последнее десятилетие наблюдался значительный рост ветроэнергетики. С 2010 года доля ветровой электроэнергии увеличилась в пять раз.

В 2009 году законодательный орган Канзаса принял стандарт возобновляемой энергии, требующий от коммунальных предприятий получать все больше электроэнергии из ветра, солнца и других возобновляемых источников — до 20 процентов к 2020 году.Но губернатор Сэм Браунбэк и законодатели штата смягчили эту меру в 2015 году, сделав цель добровольной, после того как консервативные группы, связанные с промышленным конгломератом Koch Industries, выступили против более строгих стандартов.

Уголь

по-прежнему обеспечивает подавляющее большинство электроэнергии, производимой в Кентукки, штате, давно занимающемся добычей угля. В прошлом году уголь был источником почти 80 процентов государственной генерации, но на протяжении большей части последних двух десятилетий это число колебалось ближе к 90 процентам.

С 2014 года ряд старых угольных электростанций Кентукки был остановлен или переоборудован для сжигания природного газа, который обеспечивал 13 процентов выработки электроэнергии в штате в 2017 году.

Природный газ обеспечивает большую часть производства электроэнергии в Луизиане, входящей в пятерку крупнейших производителей природного газа в стране. В прошлом году на газ приходилось 60 процентов электроэнергии, производимой в штате, по сравнению с 46 процентами в 2001 году.За это время угольная генерация снизилась, опустившись с позиции второго по величине источника энергии в штате на третье место.

Луизиана также получает электричество из соседних штатов. (Импорт не указан в таблице выше.)

Мэн «лидирует в Новой Англии по производству ветровой энергии», согласно E.I.A. В прошлом году ветер поставлял пятую часть электроэнергии, производимой в штате.Электроэнергия и энергия биомассы, получаемая при сжигании древесины и других органических материалов, были следующими по величине источниками генерации.

С 2000 года государство требует, чтобы поставщики электроэнергии получали 30 процентов электроэнергии, которую они продают потребителям, из существующих возобновляемых источников. Ожидалось, что в 2017 году коммунальные предприятия получат 10 процентов от новых возобновляемых источников. У государства есть отдельные цели по развитию ветроэнергетики.

Общее количество электроэнергии, производимой в штате Мэн, снизилось с 2010 года, особенно за счет природного газа, и штат все больше полагается на импорт энергии из Канады.(Импорт не включен в приведенную выше таблицу.)

Угольная энергетика в Мэриленде снижалась в течение десяти лет и обеспечивала менее половины электроэнергии, производимой в штате с 2012 года. За это время увеличилась доля электроэнергии, вырабатываемой атомной энергетикой и природным газом.

Производство солнечной энергии, хотя и невелико, за последние несколько лет быстро выросло.С 2004 года государство требует, чтобы все большее количество электроэнергии, продаваемой коммунальными предприятиями, поступало из возобновляемых источников, с целью достичь 25 процентов к 2020 году.

Мэриленд потребляет больше электроэнергии, чем производит, и импортирует почти половину своей энергии из других среднеатлантических штатов через региональную сеть. (Импорт не включен в приведенную выше таблицу.)

За последние два десятилетия доля природного газа в производстве электроэнергии в Массачусетсе увеличилась более чем вдвое.Производство угля и нефти резко упало в тот же период, а последняя крупная угольная электростанция в штате была закрыта в прошлом году. С 2013 года в штате резко возросло количество электроэнергии, производимой за счет солнечной энергии.

В этом году штат ужесточил свои полномочия для коммунальных предприятий по продаже электроэнергии из возобновляемых источников, повысив требование до 35 процентов от общего объема продаж к 2030 году. Новое законодательство также поощряет развитие морской ветроэнергетики.

Массачусетс потребляет больше электроэнергии, чем производит в штате, а остальную часть получает из близлежащих штатов через региональную сеть. (Импорт не показан на диаграмме выше).

Уголь

оставался основным источником электроэнергии, производимой в Мичигане в прошлом году, но его доля в генерации снизилась с немногим более 60 процентов в 2001 году до чуть менее 40 процентов в 2017 году. За тот же период природный газ почти удвоил свою долю в генерации.Ветер, основной возобновляемый источник энергии в штате Мичиган, в прошлом году обеспечил почти 5 процентов электроэнергии, произведенной в штате.

В 2008 году штат Мичиган потребовал, чтобы коммунальные предприятия и другие поставщики электроэнергии получали по крайней мере 10 процентов электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников к 2015 году. Эта цель была достигнута, а к 2021 году этот показатель был увеличен до 15 процентов.

Уголь был основным источником электроэнергии, производимой в Миннесоте в течение последних двух десятилетий.Но доля угольной генерации снизилась в период с 2001 по 2017 год по мере роста ветровой и газовой генерации.

Штат требует, чтобы коммунальные предприятия постепенно продавали увеличивающееся количество электроэнергии из возобновляемых источников, при этом к 2025 году требуется 25 процентов от общего объема продаж.

В прошлом году на природный газ приходилось более трех четвертей электроэнергии, произведенной в Миссисипи. Уголь, когда-то являвшийся основным источником электроэнергии в штате, за последнее десятилетие сократился из-за более дешевого природного газа.Уголь обеспечивал 36 процентов электроэнергии, произведенной в штате в 2001 году, но только 8 процентов в 2017 году.

Структура производства электроэнергии в штате Миссури практически не изменилась за почти два десятилетия. Уголь обеспечивал подавляющее большинство электроэнергии, производимой в штате в период с 2001 по 2017 год, и лишь незначительно снизился за это время, поскольку старые угольные электростанции отключились или перешли на сжигание природного газа.

Миссури потребует, чтобы коммунальные предприятия к 2021 году получали не менее 15 процентов электроэнергии, которую они продают, из возобновляемых источников, в том числе небольшую часть из солнечной энергии.

Уголь был основным источником электроэнергии, производимой в Монтане в течение почти двух десятилетий, но его доля в выработке электроэнергии снизилась с 70 процентов в 2001 году до чуть менее 50 процентов в прошлом году. Гидроэнергетика, второй по величине источник электроэнергии в штате, увеличила свою долю за это время почти до 40 процентов, а энергия ветра выросла до 8 процентов от выработки внутри штата.

По данным E.Я. Остальное государство отправляет своим западным соседям.

Уголь

был основным источником электроэнергии, производимой в Небраске в течение почти двух десятилетий, но его доля в производстве несколько снизилась в период с 2001 по 2017 год. Ядерная энергия обеспечивала в среднем 25 процентов производства электроэнергии в штате в течение этого времени, но ее доля варьировалась из года в год. году.

Wind увеличивал свою долю в общем объеме производства за последнее десятилетие, на его долю приходилось 15 процентов электроэнергии, произведенной в штате в прошлом году.По данным E.I.A., Небраска имеет потенциал для значительно большего количества энергии ветра.

Природный газ вытеснил уголь в качестве основного источника электроэнергии в Неваде в 2005 году. Крупнейшая угольная электростанция штата Мохаве была отключена в конце того же года, что еще больше снизило роль угля в структуре электроэнергетики штата. С тех пор многие угольные генераторы в Неваде закрылись из-за конкуренции со стороны дешевого природного газа и законов штата, требующих развития возобновляемых источников энергии.

В прошлом году природный газ обеспечивал почти 70 процентов электроэнергии, производимой в штате, за ним следовала солнечная энергия, которая обеспечивала 12 процентов выработки в штате. До недавнего времени Невада требовала, чтобы 25 процентов электроэнергии, продаваемой коммунальными предприятиями штата, поступало из возобновляемых источников к 2025 году. В ноябре жители Невады проголосовали за повышение этого требования до 50 процентов к 2030 году.

Основная часть электроэнергии, производимой в Нью-Гэмпшире, поступает от атомной электростанции Сибрук, крупнейшего реактора в Новой Англии.Природный газ обеспечивает около пятой части электроэнергии, производимой в штате с начала 2000-х годов, когда начали работать две новые генерирующие станции. Доля электроэнергии Нью-Гэмпшира, вырабатываемой из угля, за последние два десятилетия сократилась с 25 процентов в 2001 году до менее 2 процентов в 2017 году.

Штат требует, чтобы коммунальные предприятия получали 25 процентов электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников к 2025 году. Два основных источника возобновляемой энергии в штате — это биомасса, или энергия, получаемая от сжигания древесины и других органических веществ, и гидроэлектроэнергия. власть.

Нью-Гэмпшир производит больше электроэнергии, чем потребляется в штате, и примерно половину отправляет в соседние штаты через региональную электрическую сеть Новой Англии. (Экспорт не включен в приведенную выше таблицу.)

Атомная энергия была основным источником электроэнергии в Нью-Джерси до недавнего времени, когда ее вытеснил природный газ. В прошлом году на природный газ приходилась почти половина выработки электроэнергии в государстве, а на ядерную энергию приходилось 45 процентов.Солнечная энергия обеспечивала 4% электроэнергии штата.

В этом году штат Нью-Джерси повысил свой стандарт возобновляемой энергии и потребовал, чтобы 21 процент электроэнергии, продаваемой в штате, поступал из возобновляемых источников к 2021 году, с увеличением этого требования до 35 процентов к 2025 году и до 50 процентов к 2030 году. Чтобы снизить выбросы углерода, штат также принял закон для поддержки своих атомных станций, которые в настоящее время обеспечивают большую часть энергии с нулевым уровнем выбросов.

Государство получает часть потребляемой энергии через региональную сеть Срединно-Атлантического океана. (Импорт не включен в приведенную выше таблицу.)

Уголь

был основным источником производства электроэнергии в Нью-Мексико на протяжении почти двух десятилетий. Но угольная энергия снизилась с 2004 года «в ответ на ужесточение правил качества воздуха, более дешевый природный газ и решение Калифорнии в 2014 году прекратить закупку электроэнергии, вырабатываемой из угля» в соседних штатах, согласно данным E.Я.

На природный газ, ветер и солнечную энергию приходилось немногим менее половины электроэнергии, произведенной в Нью-Мексико в прошлом году, по сравнению с 15 процентами двумя десятилетиями ранее. Штат потребует, чтобы коммунальные предприятия получали 20 процентов электроэнергии, которую они продают, за счет возобновляемых источников энергии к 2020 году. Нью-Мексико также стремится увеличить производство из источников с нулевым выбросом углерода, поскольку он отправляет значительный объем электроэнергии в Калифорнию, штат с одними из самых строгих политика в области возобновляемых источников энергии в стране.

Природный газ и атомная энергия обеспечивали большую часть электроэнергии, производимой в Нью-Йорке в течение почти двух десятилетий, и их доля увеличилась по мере сокращения использования угля в штате. За последнее десятилетие Нью-Йорк также производил около пятой части своей электроэнергии за счет гидроэнергетики, крупнейшего в штате источника возобновляемой энергии.

Штат потребует, чтобы коммунальные предприятия получали 50 процентов электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников к 2030 году. Это амбициозная цель, направленная на существенное сокращение выбросов парниковых газов.Ветровая и солнечная энергия составляют небольшую, но растущую часть производства электроэнергии в Нью-Йорке, вместе обеспечивая чуть более 4 процентов электроэнергии штата в прошлом году.

Нью-Йорк, как правило, потребляет больше энергии, чем создает, и импортирует часть электроэнергии из соседних штатов и Канады. (Импорт электроэнергии не включен в приведенную выше таблицу.)

Coal обеспечивал большую часть выработки электроэнергии в Северной Каролине в период с 2001 по 2011 год.Но почти 30 угольных энергоблоков штата были остановлены в течение следующих шести лет, и к 2017 году выработка угля упала ниже уровня ядерной энергии и мощности, производимой на природном газе. Производство природного газа увеличилось после национального бума гидроразрыва пласта в конце 2000-х годов и стало вторым по величине источником производства электроэнергии в штате в 2016 году.

Северная Каролина в настоящее время является единственным южным штатом со значительной выработкой солнечной энергии. Уникальное осуществление государством принятого на протяжении десятилетий федерального закона — Закона о политике регулирования коммунальных предприятий 1978 года — способствовало развитию солнечной энергетики в масштабах коммунальных предприятий.Северная Каролина также установила требование, чтобы к 2021 году коммунальные предприятия получали 12,5% электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников энергии.

Как и во многих штатах Великих равнин, за последнее десятилетие в Северной Дакоте начался рост ветровой энергии. В прошлом году ветер вырабатывал более четверти электроэнергии, производимой в штате, по сравнению с менее чем 2 процентами десятилетием ранее.

В 2007 году законодательный орган Северной Дакоты поставил перед коммунальными предприятиями добровольную цель: к 2015 году получать 10 процентов электроэнергии, продаваемой потребителям, из возобновляемых или вторичных источников энергии.По мнению аналитиков, эта цель была достигнута и даже превзойдена.

Северная Дакота производит больше электроэнергии, чем потребляется в штате, и примерно половина ее отправляется соседям. (Экспорт не показан выше.)

Уголь

был основным источником электроэнергии, производимой в Огайо в течение почти двух десятилетий, но его доля в выработке электроэнергии снижалась с 2011 года, поскольку несколько угольных электростанций штата были закрыты.За тот же период доля природного газа в структуре производства электроэнергии в Огайо увеличилась.

Wind в настоящее время является основным источником возобновляемой энергии в штате, хотя в прошлом году он обеспечил лишь около 1 процента электроэнергии, произведенной в Огайо. Однако государство хочет расширить это. К концу 2026 года коммунальные предприятия должны будут получать не менее 12,5% электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников.

Основная часть выработки электроэнергии в Оклахоме на протяжении большей части последних двух десятилетий приходилась на природный газ и уголь, причем эти два источника часто конкурировали за право быть основным источником электроэнергии в штате.Но в 2016 году ветер обогнал уголь как второй по величине источник электроэнергии, производимый в штате.

В прошлом году штат уступал только Техасу по общему объему выработки электроэнергии с помощью ветра.

В 2010 году Оклахома потребовала, чтобы к 2015 году 15 процентов ее генерирующих мощностей приходилось на возобновляемые источники. Власти также указали природный газ в качестве предпочтительного выбора для новых проектов использования ископаемого топлива. К 2012 году штат превысил план по возобновляемым источникам энергии.

Большая часть электроэнергии, производимой в Орегоне в любой конкретный год, приходится на гидроэнергетику, но доля, производимая за счет воды, колеблется в зависимости от количества осадков. Мощность природного газа обычно увеличивается в засушливые годы и уменьшается в годы с достаточным количеством гидроэлектроэнергии.

За последнее десятилетие ветроэнергетика стала третьим по величине источником электроэнергии в штате.Стремясь стимулировать увеличение количества возобновляемых источников энергии, не связанных с гидроэлектростанциями, штат Орегон потребует от своих крупнейших коммунальных предприятий к 2040 году получать 50 процентов электроэнергии, которую они продают, из новых возобновляемых источников энергии. Программа охватывает проекты, введенные или модернизированные с 1995 года, исключая старая гидроэнергетика.

Уголь

обеспечивал основную часть электроэнергии, производимой в Пенсильвании до 2014 года, когда она впервые упала ниже уровня ядерной энергии.Доля угольной генерации в штате уменьшилась после бума гидроразрыва пласта в конце 2000-х, когда стареющие угольные электростанции закрылись из-за конкуренции со стороны более дешевого природного газа.

В прошлом году ядерная энергия была основным источником электроэнергии в Пенсильвании. Но природный газ оказывает экономическое давление и на ядерные генераторы штата: один реактор должен быть остановлен в 2019 году. Сторонники ядерной энергетики, заявляя, что потеря этой безэмиссионной электроэнергии является плохой новостью для изменения климата, обратились за государственными субсидиями. для ядерной энергетики.

Пенсильвания потребует, чтобы к 2021 году 18 процентов электроэнергии, которую коммунальные предприятия продают потребителям, приходилось на возобновляемые и альтернативные источники энергии, при этом не менее 0,5 процента приходилось на солнечную энергию. В прошлом году возобновляемые источники энергии составили около 5 процентов производства в штате.

Пенсильвания — третий по величине производитель электроэнергии в стране после Техаса и Флориды. Штат является крупным поставщиком энергии в Среднеатлантический регион.

Природный газ преобладает в производстве электроэнергии в Род-Айленде, но энергия ветра и солнца, хотя и остается небольшой, в последние годы быстро растет.

Род-Айленд потребует, чтобы поставщики электроэнергии получали почти две пятых электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников к 2035 году. Штат потребляет больше электроэнергии, чем производит, а остальную часть получает от соседних штатов.(Импорт не включен в приведенную выше таблицу.)

Большая часть электроэнергии, вырабатываемой в Южной Каролине, вырабатывается ядерной энергетикой, при этом уголь и природный газ занимают второе и третье места соответственно. Доля угля в выработке электроэнергии за последнее десятилетие снизилась по мере увеличения выработки электроэнергии из природного газа.

Южная Каролина производит больше энергии, чем потребляет, и отправляет излишки в соседние штаты.

Гидроэнергетика поставляла большую часть электроэнергии, производимой в Южной Дакоте на протяжении большей части последних двух десятилетий, но угольная генерация превосходила гидроэлектроэнергетику в течение трех лет: 2001, 2004 и 2008 годов. С тех пор доля угля в структуре генерации штата снизилась, в то время как увеличилась доля ветроэнергетики.

В прошлом году ветер был вторым по величине источником электроэнергии, производимой в Южной Дакоте, на него приходилась почти треть выработки в штате.

Южная Дакота экспортирует электроэнергию в штаты Центральной и Западной США.

Coal поставляла большую часть электроэнергии, произведенной в Теннесси в период с 2001 по 2016 год, но ее доля в генерации начала снижаться около десяти лет назад по мере увеличения доли электроэнергии, производимой на природном газе. В прошлом году угольная генерация опустилась ниже атомной энергии впервые почти за два десятилетия.

Теннесси потребляет больше электроэнергии, чем производит, и компенсирует дефицит электричеством из близлежащих штатов.(Импорт не включен в приведенную выше таблицу.)

Техас производит больше электроэнергии, чем любой другой штат, и природный газ является ее основным источником энергии с 2001 года, а уголь находится на втором месте. Но доля угольной генерации снизилась по мере роста ветроэнергетики. В 2014 году ветер обогнал атомную энергетику как третий по величине источник электроэнергии, производимый в штате. Техас в целом производит больше энергии из ветра, чем любой другой штат, при этом Оклахома и Айова занимают второе и третье места.

Техас принял требование о возобновляемых источниках энергии в 1999 году, требуя от штата установить 10 000 мегаватт возобновляемых источников энергии к 2025 году. Эта цель уже достигнута.

Большая часть электроэнергии, производимой в Юте, производится из угля, но доля угля снизилась за последние несколько лет по мере увеличения объемов природного газа.

Штат производит больше энергии, чем потребляет, и отправляет излишки в соседние штаты, такие как Калифорния.По крайней мере, одна электростанция в Юте переходит с угля на природный газ, чтобы соответствовать более строгим экологическим нормам Калифорнии.

В 2016 году солнечная энергия стала крупнейшим источником возобновляемой энергии в штате, а в прошлом году ее доля снова увеличилась. Юта поставила перед коммунальными предприятиями цель к 2025 году получать 20 процентов электроэнергии, которую они продают, из возобновляемых источников.

Большая часть электроэнергии, производимой в Вермонте, производилась на атомной электростанции до 2014 года, когда была закрыта единственная в штате атомная электростанция Vermont Yankee.С тех пор почти вся электроэнергия, производимая в штате, поступает из возобновляемых источников, включая гидроэнергетику, биомассу, ветер и солнце. Но абсолютная генерирующая мощность Вермонта существенно снизилась.

Вермонт импортирует большую часть электроэнергии из близлежащих штатов и Канады. По данным E.I.A., в прошлом году собственная генерация штата «обеспечивала лишь около двух пятых электроэнергии, потребляемой в Вермонте».

Амбициозная цель Вермонта в области возобновляемых источников энергии требует, чтобы к 2032 году 75 процентов электроэнергии, продаваемой в штате, поступало из возобновляемых источников, в том числе 10 процентов — из небольших внутренних источников.

Уголь был основным источником электроэнергии, производимой в Вирджинии в период с 2001 по 2008 год, когда его доля начала снижаться. Производство природного газа в штате увеличилось после бума гидроразрыва пласта в конце 2000-х годов, и в 2015 году оно стало основным источником выработки электроэнергии в штате. За последние два десятилетия ядерная генерация в среднем обеспечивала чуть более трети электроэнергии Вирджинии. .

Вирджиния потребляет больше электроэнергии, чем производит, поэтому получает дополнительную электроэнергию из близлежащих штатов через региональную сеть Срединно-Атлантического океана.Штат поставил перед коммунальными предприятиями добровольную цель получать 15 процентов электроэнергии, которую они продают, из возобновляемых источников к 2025 году.

Гидроэнергетика поставляет большую часть электроэнергии, производимой в Вашингтоне каждый год с 2001 года, но ее доля в выработке штата колеблется в зависимости от количества осадков. Уголь, природный газ, атомная энергия и энергия ветра чередовались в качестве второго по величине источника электроэнергии, производимой в штате на протяжении большей части последних двух десятилетий.

Вашингтон производит больше электроэнергии, чем потребляет, и экспортирует электроэнергию в Канаду и другие западные штаты. Штат потребует от своих крупных коммунальных предприятий к 2020 году получать 15 процентов продаж электроэнергии из новых возобновляемых источников.

Уголь доминирует в структуре производства электроэнергии Западной Вирджинии, обеспечивая более 90 процентов электроэнергии, производимой в штате каждый год в течение почти двух десятилетий.В период с 2001 по 2017 год гидроэнергетика обеспечивала небольшую часть выработки внутри штата. В последние годы доля ветра и природного газа увеличилась, но на каждый из этих источников приходилось лишь около 2 процентов электроэнергии, произведенной в штате в прошлом году.

После многих лет лоббирования консервативных групп Западная Вирджиния стала первым штатом, отменившим свой стандарт возобновляемой энергии в 2015 году. Закон требовал, чтобы коммунальные предприятия получали 25 процентов своей электроэнергии из альтернативных и возобновляемых источников энергии к 2025 году.Противники стандарта заявили, что он наносит ущерб рабочим местам в угле и повышает тарифы на электроэнергию, в то время как сторонники говорят, что он поможет диверсифицировать государственный электроэнергетический сектор в то время, когда национальный рынок угля находится в упадке.

Западная Вирджиния вырабатывает больше электроэнергии, чем потребляет, и поставляет около половины своей энергии в другие среднеатлантические штаты через общую региональную сеть. (Экспорт не показан в таблице выше.)

Большая часть электроэнергии, производимой в Висконсине, производится из угля, но производство природного газа увеличилось за последние три года.Ветроэнергетика прочно обосновалась в штате десять лет назад и постепенно увеличивала свою долю в производстве электроэнергии.

Висконсин потребовал от своих коммунальных предприятий получать 10 процентов электроэнергии, продаваемой в штате, из возобновляемых источников к концу 2015 года. Эта цель была достигнута на два года раньше запланированного срока.

Подавляющее большинство электроэнергии, вырабатываемой в Вайоминге, производится из угля, но за последнее десятилетие ветроэнергетика получила широкое распространение.В прошлом году ветер обеспечивал почти десятую часть электроэнергии, производимой в штате.

Из-за своего небольшого населения Вайоминг производит гораздо больше энергии, чем потребляет, и отправляет около 60 процентов энергии в соседние штаты.

Производство электроэнергии в США — статистика и факты

Уголь заправлен природным газом

В 2020 году ископаемое топливо оставалось преобладающим источником производства электроэнергии в США, на долю которого приходилось около 60 процентов национального производства.Только на природный газ приходилось более 40 процентов, что почти удвоило его вклад за десятилетие. Фактически, производство электроэнергии из природного газа увеличилось более чем на 63 процента за этот период, превысив 1,6 петаватт-часов в 2020 году. Напротив, в том же году в США угольная электроэнергия упала ниже 800 тераватт-часов. В течение многих лет ведущий источник электроэнергии в стране, наиболее «грязное» ископаемое топливо, в последние годы уступило место как природному газу, так и ядерной энергетике, поскольку усиливается давление в отношении его поэтапного отказа в качестве важного шага на пути к достижению целевых показателей выбросов парниковых газов. .

Будущее выглядит зеленым

После выхода из Парижского соглашения в эпоху Трампа правительство США под руководством президента Джо Байдена поставило ряд амбициозных целей по сокращению выбросов, в том числе 80 процентов электроэнергии, вырабатываемой из чистых источников за счет 2030. Его достижение в основном зависит от распространения ветровой и, в частности, солнечной энергии. Следуя примеру, эти два источника составили совокупный прирост электрической мощности в США.S. в первом квартале 2021 года. Однако впереди еще долгий путь. В 2020 году доля возобновляемых источников энергии в структуре электроэнергетики страны составляла примерно 20 процентов, а выработка энергии ветра составила около 350 тераватт-часов. В то время как участие ветровой и солнечной энергии в последние годы увеличилось в геометрической прогрессии, вклад ядерной энергетики в последнее десятилетие оставался в основном стабильным, в среднем на уровне 20 процентов.

В этом тексте представлена ​​общая информация.Statista не предполагает ответственность за полноту или правильность предоставленной информации. Из-за различных циклов обновления статистика может отображаться более свежей. данные, чем указано в тексте.

Топливных акций государственной электроэнергетики

Государство	Ядерная (%)	Уголь (%)	Природный газ (%)	Нефть (%)	Гидро (%)	Геотермальная энергия (%)	Солнечная энергия — PV (%)	Ветер (%)	Биомасса и прочее (%)
Алабама	32.0	16,0	40,5	0,0	8,8	0,0	0,3	0,0	2,5
Аляска	0,0	12,6	37,6	16,0	30,5	0,0	0,0	2,8	0,6
Аризона	28.8	12,5	46,4	0,0	5,9	0,0	5,5	0,6	0,2 ​​
Арканзас	28,5	29,1	31,8	0,1	8,1	0,0	0,5	0,0	1,9
Калифорния	8.4	0,1	48,1	0,0	11,0	6,1	15,7	7,0	3,4
Колорадо	0,0	35,9	34,0	0,0	3,3	0,0	2,8	23,5	0,4
Коннектикут	38.2	0,0	57,0	0,0	1,0	0,0	0,6	0,0	3,3
Делавэр	0,0	2,0	95,2	0,3	0,0	0,0	1,2	0,1	1,2
Округ Колумбия	0.0	0,0	64,8	0,0	0,0	0,0	8,8	0,0	26,4
Флорида	11,8	6,7	75,3	0,7	0,1	0,0	2,6	0,0	2,8
Грузия	27.6	11,7	49,1	0,2 ​​	3,1	0,0	3,3	0,0	5,0
Гавайи	0,0	12,5	0,0	66,1	1,0	2,2	5,7	6,2	6,3
Айдахо	0.0	0,1	20,7	0,0	58,7	0,5	2,9	14,2	2,9
Иллинойс	57,8	17,9	14,0	0,0	0,1	0,0	0,1	9,9	0,4
Индиана	0.0	53,2	37,6	0,1	0,3	0,0	0,5	7,3	1,1
Айова 1	4,9	23,8	11,7	0,2 ​​	1,5	0,0	0,0	57,5 ​​	0.3
Канзас	19,5	31,2	5,6	0,2 ​​	0,1	0,0	0,1	43,3	0,1
Кентукки	0,0	68,8	23,1	0,1	7,3	0,0	0.1	0,0	0,7
Луизиана	16,6	3,8	72,2	3,4	1,4	0,0	0,1	0,0	2,5
Мэн	0,0	0,6	16,9	0,4	34.4	0,0	0,3	24,0	23,4
Мэриленд	41,8	9,3	38,9	0,2 ​​	4,7	0,0	1,7	1,5	1,8
Массачусетс	0,0	0,0	76.1	0,2 ​​	3,2	0,0	8,5	1,5	10,5
Мичиган	28,9	26,7	33,8	0,9	0,9	0,0	0,2 ​​	6,4	2,2
Миннесота	26.0	24,9	19,7	0,1	2,0	0,0	3,1	21,6	2,7
Миссисипи	9,8	7,0	80,4	0,0	0,0	0,0	0,7	0,0	2,1
Миссури	10.5	70,5	10,9	0,1	3,0	0,0	0,1	4,7	0,2 ​​
Монтана	0,0	36,0	1,7	1,9	46,6	0,0	0,1	12,6	1,1
Небраска	16.8	51,2	3,9	0,0	4,0	0,0	0,2 ​​	23,6	0,2 ​​
Невада	0,0	4,8	66,1	0,0	4,8	10,2	13,0	0,8	0,2 ​​
Нью-Гэмпшир	59.0	0,8	21,8	0,2 ​​	8,9	0,0	0,0	3,1	6,1
Нью-Джерси	43,5	1,5	50,3	0,1	(0,2)	0,0	2,6	0,0	2,2
Нью-Мексико	0.0	37,2	35,7	0,5	0,5	0,2 ​​	4,9	20,9	0,1
Нью-Йорк 2	29,1	0,1	40,1	0,2 ​​	23,6	0,0	0,8	3,8	2.3
Северная Каролина	34,1	16,8	33,7	0,1	5,3	0,0	7,2	0,4	2,4
Северная Дакота	0,0	57,3	3,6	0,1	8,1	0,0	0.0	30,8	0,1
Огайо	15,0	37,2	44,0	0,9	0,3	0,0	0,2 ​​	1,9	0,6
Оклахома	0,0	7,1	52,4	0,0	4.6	0,0	0,1	35,4	0,4
Орегон	0,0	2,5	28,9	0,0	51,9	0,2 ​​	1,7	13,2	1,6
Пенсильвания	33,1	10,3	52.3	0,0	1,3	0,0	0,1	1,7	1,2
Род-Айленд	0,0	0,0	91,8	0,1	0,0	0,0	2,6	2,9	2,6
Южная Каролина	55.8	12,7	24,8	0,1	2,5	0,0	1,8	0,0	2,4
Южная Дакота	0,0	9,7	6,9	0,1	50,5	0,0	0,0	32,9	0,0
Теннесси	47.3	18,4	20,2	0,1	12,4	0,0	0,4	0,1	1,0
Техас	8,7	16,6	52,7	0,0	0,4	0,0	1,7	19,6	0,4
Юта	0.0	61,5	25,4	0,1	2,6	1,0	6,7	2,2	0,6
Вермонт	0,0	0,0	0,1	0,0	57,8	0,0	8,0	16,2	17,8
Вирджиния	29.5	3,7	60,7	0,2 ​​	0,5	0,0	1,4	0,0	3,9
Вашингтон	8,3	4,5	12,4	0,0	66,1	0,0	0,0	7,3	1,4
Западная Вирджиния	0.0	88,4	5,0	0,3	3,1	0,0	0,0	3,3	(0,0)
Висконсин	16,0	39,0	34,8	0,2 ​​	4,7	0,0	0,2 ​​	2,9	2,2
Вайоминг	0.0	80,0	4,3	0,1	2,6	0,0	0,4	12,3	0,2 ​​

¹ Duane Arnold Energy Center, единственный ядерный реактор в Айове, досрочно выведен из эксплуатации в августе 2020 года.
² Блок 2 Indian Point был досрочно выведен из эксплуатации в апреле 2020 года, а блок Indian Point 3 был досрочно выведен из эксплуатации в апреле 2021 года.

Примечание: отрицательная процентная доля топлива связана с использованием большего количества электроэнергии, чем произведено в течение года.

Источник: ABB Velocity Suite; Управление энергетической информации США,

Обновлено: МАЙ 2021

Электричество 101 | GE Газ Пауэр

1) Топливо производит энергию:

• Производство электроэнергии начинается с источника топлива, которое можно использовать для производства энергии.
• Типы топлива включают ископаемое (уголь, нефть, природный газ), ядерное и возобновляемое (например, солнечная энергия, энергия ветра, падающая вода для гидроэнергетики и даже мусор и сельскохозяйственные отходы).Возобновляемые источники энергии также сокращают выбросы при производстве электроэнергии.

2) Турбина и генератор преобразуют энергию:

• На электростанции турбина и генератор преобразуют механическую энергию в электрическую.
• Сначала топливо производит пар, газ или жидкость, которые вращают лопатки турбины, поэтому они вращаются быстро — более 3000 раз в минуту.
• Вращающаяся турбина соединена со стержнем в генераторе, который вращает большой магнит, окруженный витками медной проволоки.

3) Магнит генератора заставляет электроны двигаться и вырабатывает электричество:

• Быстро вращающийся магнит генератора заставляет электроны вокруг медных катушек двигаться.
• Движение этих электронов по проводу — это электричество.

4) Трансформатор увеличивает напряжение питания:

• Толстые провода переносят электрический ток от генератора к трансформатору, который увеличивает напряжение электрического тока до 500 000 вольт или более, прежде чем электричество можно будет отправить в электросеть.

5) По высоковольтным линиям ток подается на подстанции в электросети:

• От электростанции электрический ток проходит по высоковольтным линиям электропередачи к взаимосвязанной сети подстанций по всей стране, называемой сетью.
• На каждой подстанции трансформаторы снижают напряжение электрического тока до уровней, которые могут использоваться фабриками, торговыми центрами и другими потребителями.

6) Линии электропередач распределяются между местными трансформаторами:

• Расположенные под землей или смонтированные на опорах распределительные линии от сети передают электроэнергию от подстанций к местным трансформаторам меньшего размера.
• Местные трансформаторы, установленные на столбах или на бетонных основаниях, дополнительно снижают электрическое напряжение до 110–220 вольт, что позволяет безопасно использовать их на предприятиях и в жилых домах.

7) Измерители и средства управления для электроэнергии потребителя:

• Электроэнергия обычно поступает в ваш офис или дом через счетчик, который измеряет количество потребляемой вами электроэнергии. Там панель управления распределяет мощность по проводам в стенах, а затем к настенным выключателям и розеткам.
• Когда вы включаете или подключаете оборудование или бытовой прибор, вы замыкаете цепь от электростанции, а электричество управляет вашими приборами и освещением.

Производство электроэнергии в США по источникам: природный газ и уголь

Доля в производстве электроэнергии в США

В марте президент Трамп подписал распоряжение об отмене энергетической политики предыдущей администрации, шаг, который он назвал «прекращением войны с углем» и который происходит на фоне сокращения использования топлива. Согласно анализу предварительных данных Управления энергетической информации, в прошлом году природный газ превзошел уголь как наиболее распространенный источник электроэнергии в Соединенных Штатах.На уголь приходилась большая часть выработки электроэнергии в начале века, и в 2008 году он все еще оставался источником почти половины, но неуклонно снижался, составив 30 процентов в прошлом году. В прошлом году на природный газ приходилось 34 процента выработки электроэнергии в стране, не считая угля и атомной энергии.

[Трамп решительно стремится стереть с лица земли рекорд Обамы в области изменения климата ]

Местные электроэнергетические компании используют близлежащие ресурсы — реки на северо-западе, ветер на Среднем Западе, уголь в Аппалачах, природный газ на севере — для выработки большей части электроэнергии страны.Это показывает источник производства электроэнергии в каждом штате согласно предварительным данным за 2016 год.

Нажмите, чтобы переставить

Щелкните, чтобы переставить

Электростанции, работающие на природном газе

В США 1 793 электростанции, работающие на природном газе. В прошлом году они произвели 34 процента электроэнергии страны.

Успехи и расширение гидроразрыва пласта за последнее десятилетие открыли огромные запасы природного газа из сланцевых месторождений по всей стране.Топливо является основным источником производства электроэнергии в 19 штатах и ​​обеспечивает не менее 50 процентов электроэнергии в девяти штатах.

Уголь

В США 400 угольных электростанций. В прошлом году они произвели 30 процентов электроэнергии в стране.

Уголь был основным источником выработки электроэнергии в 19 штатах и ​​вторым по распространенности источником еще в девяти штатах. Уголь наиболее популярен на востоке, к югу от Нью-Йорка.Уголь по-прежнему составляет не менее 50 процентов производства в 13 штатах.

Ядерная

В США 61 атомная электростанция. В прошлом году они произвели 20 процентов электроэнергии страны.

Новые атомные станции вводятся в эксплуатацию после десятилетий паузы после первоначального рывка 1970-х и 1980-х годов, вызванного первым нефтяным шоком. Мэриленд присоединилась к Южной Каролине, Иллинойсу, Пенсильвании, Коннектикуту и ​​Нью-Гэмпширу, получив в прошлом году большую часть своей энергии от ядерной энергетики.В 20 штатах атомная энергия вообще не вырабатывается.

Hydro

В США 1444 гидроэлектростанции. В прошлом году они произвели 7 процентов электроэнергии страны.

Это источник праздника или голода. Вашингтон, Орегон, Вермонт и Айдахо лидируют по производству электроэнергии на гидроэлектростанциях, получая от них от 56 до 68 процентов своей электроэнергии. Но Монтана и Южная Дакота были единственными штатами, где на их долю приходилось более 5 процентов электроэнергии.Государственные предприятия вырабатывают большую часть энергии.

Ветер

В Соединенных Штатах насчитывается 999 ветряных электростанций. В прошлом году они произвели 6 процентов электроэнергии в стране.

Wind — самый быстрорастущий источник энергии, нашедший пристанище на Великих равнинах, где ветер надежно дует через широкие открытые пространства. Айова получает более трети своей энергии от ветра, за ней следуют Канзас, Оклахома и Южная Дакота, каждая из которых получает более четверти электроэнергии от ветряных мельниц.Ветер нигде не является ведущим источником электроэнергии, но занимает второе место в семи штатах.

Солнечная

В Соединенных Штатах насчитывается 1 721 электростанция, работающая на солнечной энергии. В прошлом году они произвели 1 процент электроэнергии страны.

Солнечная энергия в основном используется на юго-западе, где солнце светит больше всего. Рост солнечной энергии привел к появлению растений во всех штатах, кроме восьми. Калифорния получает почти 10 процентов электроэнергии от солнечной энергии, а Невада — более 6 процентов.За ними следуют Вермонт и Аризона с 4 процентами каждый.

Нефть

В Соединенных Штатах насчитывается 1 076 электростанций, работающих на нефти. В прошлом году они произвели чуть более половины 1 процента всей электроэнергии страны.

Нефть больше не является популярным источником электроэнергии. После подъема ОПЕК и нефтяных потрясений и роста цен 1970-х годов коммунальные предприятия перешли на другие виды топлива, в основном уголь. Гавайи получают две трети электроэнергии за счет нефти, единственного штата, где она является ведущим источником энергии.

Об этой истории

Управление энергетической информации «Действующие электростанции в США по источникам энергии» на https://www.eia.gov/maps/map_data/PowerPlants_US_EIA.zip

Подробный вывод EIA через EIA-860, Annual Electric Generator Report, EIA-860M, Ежемесячное обновление годового отчета по производству электроэнергии, и EIA-923, Отчет о работе электростанции на http: // www.eia.gov/electricity/monthly/

Другие источники энергии включают нефтяной кокс, другие газы, биомассу и геотермальную энергию.

Первоначально опубликовано 31 июля 2015 г.

Другие истории

Соединенные Штаты нефти и газа

Президент Трамп заявил, что планирует удвоить объемы нефтегазовой отрасли, отменить нормативные требования и провести бурение на федеральных землях.