Výroba, přenos a rozvod elektrické energie. Výroba a rozvod elektřiny

I. Úvod
II Výroba a použití elektřiny
1. Výroba elektřiny
1.1 Generátor
2. Spotřeba elektřiny
III Transformátory
1. Účel
2. Klasifikace
3. Zařízení
4. Charakteristika
5. Režimy
5.1 Volnoběh
5.2 Režim zkratu
5.3 Režim zatížení
IV Přenos elektřiny
V GOELRO
1. Historie
2. Výsledky
VI Seznam referencí

I. Úvod

Elektřina, jeden z nejdůležitějších druhů energie, hraje v moderním světě obrovskou roli. Je jádrem ekonomik států, určuje jejich postavení na mezinárodní scéně a úroveň rozvoje. Do rozvoje vědeckých odvětví souvisejících s elektřinou se ročně investují obrovské sumy peněz.
Elektřina je nedílnou součástí každodenního života, proto je důležité mít informace o vlastnostech její výroby a použití.

II. Výroba a použití elektřiny

1. Výroba elektřiny

Výroba elektřiny je výroba elektřiny její přeměnou z jiných druhů energie pomocí speciálních technických zařízení.
K výrobě elektřiny použijte:
Elektrický generátor je elektrický stroj, ve kterém se mechanická práce přeměňuje na elektrickou energii.
Solární baterie nebo fotočlánek je elektronické zařízení, které přeměňuje energii elektromagnetického záření, především v oblasti světla, na elektrickou energii.
Chemické zdroje proudu - přeměna části chemické energie na energii elektrickou chemickou reakcí.
Radioizotopové zdroje elektřiny jsou zařízení, která využívají energii uvolněnou při radioaktivním rozpadu k ohřevu chladicí kapaliny nebo k její přeměně na elektřinu.
Elektřina se vyrábí v elektrárnách: tepelných, hydraulických, jaderných, solárních, geotermálních, větrných a dalších.
Téměř všechny elektrárny průmyslového významu využívají následující schéma: energie primárního nosiče energie se pomocí speciálního zařízení nejprve přemění na mechanickou energii rotačního pohybu, která se přenese do speciálního elektrického stroje - generátoru, kde elektrický proud je generován.
Hlavní tři typy elektráren: TPP, HPP, JE
Tepelné elektrárny (TPP) hrají vedoucí roli v elektroenergetice mnoha zemí.
Tepelné elektrárny vyžadují obrovské množství organického paliva, ale jeho zásoby se snižují a náklady se neustále zvyšují kvůli stále složitějším podmínkám výroby a přepravním vzdálenostem. Jejich míra využití paliva je poměrně nízká (ne více než 40 %) a objem odpadu, který znečišťuje životní prostředí, je velký.
Ekonomické, technické, ekonomické a environmentální faktory neumožňují považovat tepelné elektrárny za perspektivní způsob výroby elektřiny.
Vodní elektrárny (VVE) jsou nejekonomičtější. Jejich účinnost dosahuje 93 % a náklady na jednu kWh jsou 5krát levnější než jiné způsoby výroby elektřiny. Využívají nevyčerpatelný zdroj energie, obsluhuje je minimální počet pracovníků a jsou dobře regulovány. Velikostí a výkonem jednotlivých vodních elektráren a bloků zaujímá naše země přední místo ve světě.
Tempo rozvoje je však brzděno značnými náklady a dobou výstavby v důsledku odlehlosti stavenišť vodních elektráren od velkých měst, nedostatku silnic, obtížných stavebních podmínek, podléhajících vlivu sezónnosti říčních režimů, rozsáhlých oblastí cenných říčních toků země jsou zaplaveny nádržemi, velké nádrže negativně ovlivňují situaci životního prostředí, výkonné vodní elektrárny lze stavět pouze v místech, kde jsou k dispozici vhodné zdroje.
Jaderné elektrárny (JE) fungují na stejném principu jako tepelné elektrárny, to znamená, že tepelná energie páry se přeměňuje na mechanickou energii otáčení hřídele turbíny, která pohání generátor, kde se mechanická energie přeměňuje na energii elektrickou.
Hlavní výhodou jaderných elektráren je malé množství použitého paliva (1 kg obohaceného uranu nahradí 2,5 tisíce tun uhlí), v důsledku čehož lze jaderné elektrárny stavět v jakýchkoliv energeticky nedostatkových oblastech. Zásoby uranu na Zemi navíc převyšují zásoby tradičního minerálního paliva a při bezproblémovém provozu jaderných elektráren mají malý dopad na životní prostředí.
Hlavní nevýhodou jaderných elektráren je možnost havárií s katastrofálními následky, jejichž prevence vyžaduje vážná bezpečnostní opatření. Jaderné elektrárny jsou navíc špatně regulovány (úplné odstavení nebo spuštění trvá několik týdnů) a nejsou vyvinuty technologie pro zpracování radioaktivního odpadu.
Jaderná energetika se stala jedním z předních odvětví národního hospodářství a nadále se rychle rozvíjí a zajišťuje bezpečnost a čistotu životního prostředí.

1.1 Generátor

Elektrický generátor je zařízení, ve kterém se přeměňují neelektrické druhy energie (mechanická, chemická, tepelná) na elektrickou energii.
Princip činnosti generátoru je založen na jevu elektromagnetické indukce, kdy se ve vodiči pohybujícím se v magnetickém poli a křižujícím jeho magnetické siločáry indukuje EMF.Proto takový vodič můžeme považovat za zdroj elektrické energie.
Způsob získání indukovaného EMF, při kterém se vodič pohybuje v magnetickém poli, pohybuje se nahoru nebo dolů, je pro praktické použití velmi nepohodlný. Proto generátory využívají nikoli lineární, ale rotační pohyb vodiče.
Hlavní části každého generátoru jsou: soustava magnetů nebo nejčastěji elektromagnetů vytvářejících magnetické pole a soustava vodičů, které toto magnetické pole křižují.
Alternátor je elektrický stroj, který přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii střídavého proudu. Většina alternátorů využívá rotující magnetické pole.

Když se rám otáčí, mění se jím magnetický tok, takže se v něm indukuje emf. Protože je rám připojen k vnějšímu elektrickému obvodu pomocí sběrače proudu (kroužky a kartáče), vzniká v rámu a vnějším obvodu elektrický proud.
Při rovnoměrném otáčení rámu se úhel natočení mění podle zákona:

Magnetický tok rámem se také mění v čase, jeho závislost je určena funkcí:

Kde S− plocha rámu.
Podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce se indukované emf vznikající v rámu rovná:

kde je amplituda indukovaného emf.
Další veličinou, která charakterizuje generátor, je síla proudu, vyjádřená vzorcem:

Kde i- aktuální síla kdykoli, já m- proudová amplituda (hodnota maximálního modulu proudu), φ c- fázový posun mezi kolísáním proudu a napětí.
Elektrické napětí na svorkách generátoru se mění podle sinusového nebo kosinového zákona:

Téměř všechny generátory instalované v našich elektrárnách jsou generátory třífázového proudu. V podstatě je každý takový generátor spojením tří generátorů střídavého proudu v jednom elektrickém stroji, navržených tak, že v nich indukované emfs jsou posunuty vůči sobě o jednu třetinu periody:

2. Spotřeba elektřiny

Napájení pro průmyslové podniky. Průmyslové podniky spotřebovávají 30–70 % vyrobené elektřiny jako součást elektrizační soustavy. Významné rozdíly v průmyslové spotřebě jsou určeny průmyslovým rozvojem a klimatickými podmínkami různých zemí.
Napájecí zdroj pro elektrifikovanou dopravu. Usměrňovací rozvodny elektrické dopravy na stejnosměrný proud (městské, průmyslové, meziměstské) a snižovací rozvodny meziměstské elektrické dopravy na střídavý proud jsou napájeny elektřinou z elektrických sítí EPS.
Dodávka elektřiny pro komunální a domácí spotřebitele. Tato skupina budov zahrnuje širokou škálu budov umístěných v obytných čtvrtích měst a obcí. Jedná se o obytné budovy, administrativní budovy, vzdělávací a vědecké instituce, obchody, zdravotnické budovy, kulturní budovy, veřejné stravování atd.

III. Transformátory

Transformátor - statické elektromagnetické zařízení se dvěma nebo více indukčně vázanými vinutími a určené k přeměně jednoho (primárního) systému střídavého proudu na jiný (sekundární) systém střídavého proudu prostřednictvím elektromagnetické indukce.

Schéma zařízení transformátoru

1 - primární vinutí transformátoru
2 - magnetický obvod
3 - sekundární vinutí transformátoru
F- směr magnetického toku
U 1- napětí na primárním vinutí
U 2- napětí na sekundárním vinutí

První transformátory s otevřeným magnetickým obvodem navrhl v roce 1876 P.N. Yablochkov, který je používal k napájení elektrické „svíčky“. V roce 1885 maďarští vědci M. Dery, O. Blati, K. Tsipernovsky vyvinuli jednofázové průmyslové transformátory s uzavřeným magnetickým obvodem. V letech 1889-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky navrhl třífázový transformátor.

1. Účel

Transformátory jsou široce používány v různých oblastech:
Pro přenos a rozvod elektrické energie
Generátory střídavého proudu v elektrárnách obvykle vyrábějí elektrickou energii o napětí 6-24 kV a je výhodné přenášet elektřinu na velké vzdálenosti při mnohem vyšších napětích (110, 220, 330, 400, 500 a 750 kV) . Proto jsou u každé elektrárny instalovány transformátory pro zvýšení napětí.
Rozvod elektrické energie mezi průmyslovými podniky, obydlenými oblastmi, ve městech a na venkově i v rámci průmyslových podniků je realizován nadzemním a kabelovým vedením, při napětích 220, 110, 35, 20, 10 a 6 kV. V důsledku toho musí být ve všech distribučních uzlech instalovány transformátory, které snižují napětí na 220, 380 a 660 V.
Zajistit požadovaný obvod pro zapínání ventilů v měničových zařízeních a přizpůsobení napětí na výstupu a vstupu měniče (převodníkové transformátory).
Pro různé technologické účely: svařování (svařovací transformátory), napájení elektrotepelných instalací (transformátory elektrických pecí) atd.
Pro napájení různých obvodů rádiových zařízení, elektronických zařízení, komunikačních a automatizačních zařízení, elektrických domácích spotřebičů, pro oddělení elektrických obvodů různých prvků těchto zařízení, pro přizpůsobení napětí atd.
Zařadit elektrické měřicí přístroje a některá zařízení (relé apod.) do elektrických obvodů vysokého napětí nebo do obvodů, kterými procházejí velké proudy, za účelem rozšíření limitů měření a zajištění elektrické bezpečnosti. (přístrojové transformátory)

2. Klasifikace

Klasifikace transformátoru:

Podle účelu: obecný výkon (používá se v přenosových a distribučních vedeních) a speciální aplikace (pece, usměrňovače, svařování, rádiové transformátory).
Podle typu chlazení: vzduchovým (suché transformátory) a olejovým (olejové transformátory) chlazením.
Podle počtu fází na primární straně: jednofázové a třífázové.
Podle tvaru magnetického obvodu: tyčový, pancéřový, toroidní.
Podle počtu závitů na fázi: dvouvinutí, třívinutí, vícevinutí (více než tři závity).
Podle provedení vinutí: s koncentrickým a střídavým (kotoučovým) vinutím.

3. Zařízení

Nejjednodušší transformátor (jednofázový transformátor) je zařízení skládající se z ocelového jádra a dvou vinutí.

Princip jednofázového dvouvinutého transformátoru
Magnetické jádro je magnetický systém transformátoru, přes který je uzavřen hlavní magnetický tok.
Když je do primárního vinutí přiváděno střídavé napětí, indukuje se v sekundárním vinutí emf stejné frekvence. Pokud k sekundárnímu vinutí připojíte nějaký elektrický přijímač, vznikne v něm elektrický proud a na sekundárních svorkách transformátoru se vytvoří napětí, které je o něco menší než EMF a závisí do určité relativně malé míry na zatížení.

Symbol transformátoru:
a) - transformátor s ocelovým jádrem, b) - transformátor s feritovým jádrem

4. Charakteristika transformátoru

Jmenovitý výkon transformátoru je výkon, pro který je navržen.
Jmenovité primární napětí je napětí, pro které je určeno primární vinutí transformátoru.
Jmenovité sekundární napětí - napětí na svorkách sekundárního vinutí, vyplývající ze stavu bez zátěže transformátoru a jmenovité napětí na svorkách primárního vinutí.
Jmenovité proudy jsou určeny odpovídajícími hodnotami jmenovitého výkonu a napětí.
Nejvyšší jmenovité napětí transformátoru je nejvyšší ze jmenovitých napětí vinutí transformátoru.
Nejnižší jmenovité napětí je nejmenší jmenovité napětí vinutí transformátoru.
Průměrné jmenovité napětí je jmenovité napětí, které je mezi nejvyšším a nejnižším jmenovitým napětím vinutí transformátoru.

5. Režimy

5.1 Volnoběh

Režim naprázdno je provozní režim transformátoru, ve kterém je sekundární vinutí transformátoru otevřeno a na svorky primárního vinutí je přivedeno střídavé napětí.

V primárním vinutí transformátoru připojeného ke zdroji střídavého proudu protéká proud, což má za následek vznik střídavého magnetického toku v jádře. Φ , pronikající oběma vinutími. Protože Φ je stejné v obou vinutích transformátoru, pak změna Φ vede ke vzniku stejného indukovaného emf v každém závitu primárního a sekundárního vinutí. Okamžitá hodnota indukovaného emf E v každém otočení vinutí je stejné a je určeno vzorcem:

kde je amplituda EMF v jednom otočení.
Amplituda indukovaného emf v primárním a sekundárním vinutí bude úměrná počtu závitů v odpovídajícím vinutí:

Kde N 1 A N 2- počet závitů v nich.
Pokles napětí na primárním vinutí, jako je odpor, je velmi malý ve srovnání s ε 1, a tedy pro efektivní hodnoty napětí v primáru U 1 a sekundární U 2 vinutí bude platný následující výraz:

K- transformační koeficient. Na K>1 snižovací transformátor a kdy K<1 - повышающий.

5.2 Režim zkratu

Režim zkratu - režim, kdy jsou svorky sekundárního vinutí uzavřeny proudovým vodičem s odporem rovným nule ( Z=0).

Zkrat transformátoru za provozních podmínek vytváří nouzový režim, protože sekundární proud, a tedy primární, se oproti jmenovitému několik desítekkrát zvýší. Proto je v obvodech s transformátory zajištěna ochrana, která v případě zkratu automaticky vypne transformátor.

Je nutné rozlišovat mezi dvěma režimy zkratu:

Nouzový režim - při sepnutí sekundárního vinutí při jmenovitém primárním napětí. Při takovém zkratu se proudy zvýší 15¸ 20krát. Vinutí se zdeformuje a izolace se zuhelnatí. Železo také hoří. Toto je tvrdý režim. Maximální a plynová ochrana odpojí transformátor od sítě v případě nouzového zkratu.

Experimentální zkratový režim je režim, kdy je sekundární vinutí zkratováno a takto snížené napětí je přiváděno do primárního vinutí, když vinutími prochází jmenovitý proud - to je SPOJENÉ KRÁLOVSTVÍ- zkratové napětí.

V laboratorních podmínkách lze provést zkušební zkrat transformátoru. V tomto případě je napětí vyjádřeno v procentech SPOJENÉ KRÁLOVSTVÍ, na I 1 = I 1nom označovat Spojené království a nazývá se zkratové napětí transformátoru:

Kde U 1nom- jmenovité primární napětí.

Toto je charakteristika transformátoru uvedeného v pasu.

5.3 Režim zatížení

Zátěžový režim transformátoru - provozní režim transformátoru za přítomnosti proudů v alespoň dvou jeho hlavních vinutích, z nichž každé je uzavřeno na vnější obvod a proudy tekoucí ve dvou nebo více vinutích v režimu naprázdno nejsou vzít v úvahu:

Pokud je na primární vinutí transformátoru připojeno napětí U 1 a připojte sekundární vinutí k zátěži, ve vinutích se objeví proudy já 1 A já 2. Tyto proudy vytvoří magnetické toky Φ 1 A Φ 2, směřující k sobě. Celkový magnetický tok v magnetickém obvodu klesá. V důsledku toho EMF vyvolané celkovým průtokem ε 1 A ε 2 klesají. RMS napětí U 1 zůstává nezměněno. Pokles ε 1 způsobuje zvýšení proudu já 1:

S rostoucím proudem já 1 tok Φ 1 se zvyšuje právě natolik, aby kompenzoval demagnetizační účinek toku Φ 2. Rovnováha je opět obnovena při téměř stejné hodnotě celkového průtoku.

IV. Přenos elektřiny

Přenos elektřiny z elektráren ke spotřebitelům je jedním z nejdůležitějších úkolů v energetickém sektoru.
Elektřina se přenáší především přes nadzemní střídavá elektrická vedení (OLT), ačkoli existuje trend ke stále většímu využívání kabelových a stejnosměrných vedení.

Potřeba přenášet elektřinu na dálku je způsobena skutečností, že elektřinu vyrábějí velké elektrárny s výkonnými jednotkami a spotřebovávají ji elektrické přijímače s relativně malým výkonem rozmístěné na velké ploše. Trend ke koncentraci výrobních kapacit je vysvětlován tím, že s jejich růstem klesají relativní náklady na výstavbu elektráren a klesají náklady na vyrobenou elektřinu.
Umístění výkonných elektráren se provádí s přihlédnutím k řadě faktorů, jako je dostupnost energetických zdrojů, jejich druh, zásoby a přepravní možnosti, přírodní podmínky, schopnost fungovat jako součást jednotného energetického systému atd. Často se ukáže, že takové elektrárny jsou značně vzdálené od hlavních center spotřeby elektřiny. Provoz jednotných energetických systémů pokrývajících rozsáhlá území závisí na účinnosti přenosu elektřiny na vzdálenosti.
Elektřinu z míst její výroby je nutné předat spotřebitelům s minimálními ztrátami. Hlavním důvodem těchto ztrát je přeměna části elektrické energie na vnitřní energii vodičů, jejich ohřev.

Podle Joule-Lenzova zákona množství tepla Q, uvolněný během doby t ve vodiči odporem R když proud prochází já, rovná se:

Ze vzorce vyplývá, že pro snížení zahřívání vodičů je nutné snížit proud v nich a jejich odpor. Pro snížení odporu drátů zvětšete jejich průměr, avšak velmi silné dráty visící mezi podpěrami elektrického vedení se mohou vlivem gravitace zlomit, zejména při sněžení. Navíc, jak se tloušťka drátů zvyšuje, jejich cena se zvyšuje a jsou vyrobeny z poměrně drahého kovu - mědi. Proto efektivnější způsob, jak minimalizovat ztráty energie při přenosu elektřiny, je snížit proud ve vodičích.
Aby se tedy snížilo zahřívání vodičů při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti, je nutné, aby proud v nich byl co nejmenší.
Aktuální výkon se rovná proudu vynásobenému napětím:

V důsledku toho je pro udržení výkonu přenášeného na dlouhé vzdálenosti nutné zvýšit napětí o stejnou hodnotu, o jakou byl snížen proud v drátech:

Ze vzorce vyplývá, že při konstantních hodnotách přenášeného proudu a odporu vodičů jsou tepelné ztráty v vodičích nepřímo úměrné druhé mocnině síťového napětí. Pro přenos elektřiny na vzdálenosti několika set kilometrů se proto používají vysokonapěťová elektrická vedení (elektrická vedení), jejichž napětí mezi dráty je desítky a někdy i stovky tisíc voltů.
Sousední elektrárny se pomocí elektrického vedení spojují do jediné sítě zvané elektrizační soustava. Jednotný energetický systém Ruska zahrnuje obrovské množství elektráren řízených z jednoho centra a zajišťuje nepřetržitou dodávku elektřiny spotřebitelům.

V. GOELRO

1. Historie

GOELRO (Státní komise pro elektrifikaci Ruska) je orgán vytvořený 21. února 1920 za účelem vypracování projektu elektrifikace Ruska po Říjnové revoluci v roce 1917.

Do práce komise se zapojilo přes 200 vědců a techniků. V čele komise stál G.M. Kržižanovskij. Ústřední výbor komunistické strany a V.I. Lenin osobně denně řídili práci komise GOELRO a určovali hlavní základní ustanovení plánu elektrifikace země.

Do konce roku 1920 udělala komise hodně práce a připravila „Plán elektrifikace RSFSR“ - objem 650 stran textu s mapami a schématy elektrifikace oblastí.
Plán GOELRO, navržený na 10-15 let, realizoval Leninovy myšlenky elektrifikace celé země a vytvoření velkého průmyslu.
V oblasti elektroenergetiky se plán skládal z programu obnovy a rekonstrukce předválečné elektroenergetiky, výstavby 30 regionálních elektráren a výstavby výkonných regionálních tepelných elektráren. Plánovalo se, že elektrárny budou vybaveny na tehdejší dobu velkými kotli a turbínami.
Jednou z hlavních myšlenek plánu bylo široké využití obrovských vodních zdrojů země. Počítalo se s radikální přestavbou založenou na elektrifikaci všech odvětví národního hospodářství země a především na růstu těžkého průmyslu a racionálním rozložení průmyslu po celé zemi.
Realizace plánu GOELRO začala v obtížných podmínkách občanské války a ekonomického krachu.

Od roku 1947 je SSSR ve výrobě elektřiny na 1. místě v Evropě a na 2. místě na světě.

Plán GOELRO sehrál v životě naší země obrovskou roli: bez něj by nebylo možné dostat SSSR v tak krátké době mezi průmyslově nejvyspělejší země světa. Realizace tohoto plánu formovala celou domácí ekonomiku a dodnes ji do značné míry určuje.

Vypracování a realizace plánu GOELRO bylo možné pouze díky kombinaci mnoha objektivních a subjektivních faktorů: značného průmyslového a ekonomického potenciálu předrevolučního Ruska, vysoké úrovně ruské vědecké a technické školy, koncentrace v jednom rukou veškeré ekonomické a politické moci, její síly a vůle, stejně jako tradiční koncilně-komunální mentalita lidu a jeho poslušný a důvěřivý postoj k nejvyšším vládcům.
Plán GOELRO a jeho realizace prokázaly vysokou efektivitu systému státního plánování v podmínkách přísně centralizované vlády a předurčily rozvoj tohoto systému na dlouhá desetiletí.

2. Výsledky

Do konce roku 1935 byl program výstavby elektro několikanásobně překročen.

Místo 30 bylo postaveno 40 regionálních elektráren, na kterých bylo spolu s dalšími velkými průmyslovými stanicemi uvedeno do provozu 6 914 tis. kW výkonu (z toho 4 540 tis. kW regionálních – téměř třikrát více než podle plánu GOELRO).
V roce 1935 bylo mezi krajskými elektrárnami 13 elektráren po 100 tisíc kW.

Před revolucí byl výkon největší elektrárny v Rusku (1. Moskva) pouhých 75 tisíc kW; nebyla zde jediná velká vodní elektrárna. Do začátku roku 1935 dosáhl celkový instalovaný výkon vodních elektráren téměř 700 tisíc kW.
Byla postavena největší vodní elektrárna na světě v té době, vodní elektrárna Dněpr, Svirskaja 3, Volchovská atd. V nejvyšším bodě svého rozvoje byl Jednotný energetický systém SSSR v mnoha ohledech nadřazen energetické systémy vyspělých zemí Evropy a Ameriky.

Elektřina byla před revolucí na vesnicích prakticky neznámá. Velcí vlastníci půdy instalovali malé elektrárny, ale jejich počet byl malý.

Elektřina se začala používat v zemědělství: ve mlýnech, řezačkách krmiv, strojích na čištění obilí, na pilách; v průmyslu a později v každodenním životě.

Seznam použité literatury

Venikov V.A., Přenos výkonu na dlouhé vzdálenosti, M.-L., 1960;
Sovalov S. A., Režimy přenosu energie 400-500 m2. EES, M., 1967;
Bessonov, L.A. Teoretické základy elektrotechniky. Elektrické obvody: učebnice / L.A. Bessonov. — 10. vyd. - M.: Gardariki, 2002.
Elektrotechnika: Vzdělávací a metodický komplex. /A. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodyanko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Jakovlev; Editoval N.V. Klinachev. - Čeljabinsk, 2006-2008.
Elektrické systémy, díl 3 - Přenos energie střídavým a stejnosměrným proudem vysokého napětí, M., 1972.

Omlouváme se, nic nenalezeno.

Je těžké přeceňovat význam elektřiny. Spíše to podvědomě podceňujeme. Vždyť téměř všechna zařízení kolem nás běží na elektřinu. O základním osvětlení není třeba mluvit. Ale výroba elektřiny nás prakticky nezajímá. Odkud se elektřina bere a jak se skladuje (a obecně, dá se ušetřit)? Kolik vlastně stojí výroba elektřiny? A jak je to bezpečné pro životní prostředí?

Ekonomický význam

Ze školy víme, že napájení je jedním z hlavních faktorů dosažení vysoké produktivity práce. Elektrická energie je základem veškeré lidské činnosti. Neexistuje jediné odvětví, které by se bez něj obešlo.

Rozvoj tohoto odvětví svědčí o vysoké konkurenceschopnosti státu, charakterizuje tempo růstu produkce zboží a služeb a téměř vždy se ukazuje jako problematické odvětví ekonomiky. Náklady na výrobu elektřiny často zahrnují významnou počáteční investici, která se vrátí po mnoho let. Přes všechny své zdroje není Rusko výjimkou. Energeticky náročná odvětví totiž tvoří významnou část ekonomiky.

Statistiky nám říkají, že v roce 2014 ruská výroba elektřiny ještě nedosáhla sovětské úrovně z roku 1990. Ve srovnání s Čínou a USA vyrábí Ruská federace – respektive – 5, respektive 4krát méně elektřiny. Proč se tohle děje? Odborníci tvrdí, že je to zřejmé: nejvyšší nevýrobní náklady.

Kdo spotřebovává elektřinu

Odpověď je samozřejmě zřejmá: každý člověk. Nyní nás ale zajímají průmyslové váhy, což znamená ta odvětví, která primárně potřebují elektřinu. Hlavní podíl připadá na průmysl – cca 36 %; Palivový a energetický komplex (18 %) a rezidenční sektor (o něco více než 15 %). Zbývajících 31 % vyrobené elektřiny pochází z nevýrobních odvětví, železniční dopravy a síťových ztrát.

Je třeba vzít v úvahu, že struktura spotřeby se výrazně liší v závislosti na regionu. Na Sibiři je tedy více než 60 % elektřiny skutečně využíváno průmyslem a palivovým a energetickým komplexem. Ale v evropské části země, kde se nachází větší počet sídel, je nejsilnějším spotřebitelem rezidenční sektor.

Elektrárny jsou páteří průmyslu

Výrobu elektřiny v Rusku zajišťuje téměř 600 elektráren. Výkon každého přesahuje 5 MW. Celková kapacita všech elektráren je 218 GW. Jak získáme elektřinu? V Rusku se používají následující typy elektráren:

tepelné (jejich podíl na celkové produkci je cca 68,5 %);
hydraulické (20,3 %);
atomový (téměř 11 %);
alternativa (0,2 %).

Když se řekne alternativní zdroje elektřiny, vybaví se mi romantické obrázky větrných turbín a solárních panelů. V určitých podmínkách a lokalitách se však jedná o nejziskovější typy výroby elektřiny.

Tepelné elektrárny

Historicky zaujímaly tepelné elektrárny (TPP) hlavní místo ve výrobním procesu. Na území Ruska jsou tepelné elektrárny zajišťující výrobu elektřiny klasifikovány podle následujících kritérií:

zdroj energie – fosilní paliva, geotermální nebo solární energie;
druh vyrobené energie – ohřev, kondenzace.

Dalším důležitým ukazatelem je míra účasti na pokrytí harmonogramu elektrické zátěže. Zde uvádíme základní tepelné elektrárny s minimální dobou provozu 5000 hodin ročně; pološpičkový (nazývají se také manévrovatelné) - 3000-4000 hodin ročně; špička (používá se pouze během špičkových hodin) – 1500-2000 hodin ročně.

Technologie výroby energie z paliva

Samozřejmě především k výrobě, přenosu a využití elektřiny spotřebiteli dochází prostřednictvím tepelných elektráren na fosilní paliva. Vyznačují se technologií výroby:

parní turbína;
nafta;
plynová turbína;
paroplyn.

Nejběžnější jsou jednotky s parní turbínou. Fungují na všechny druhy paliv, včetně nejen uhlí a plynu, ale také topného oleje, rašeliny, břidlice, palivového dřeva a dřevěného odpadu, stejně jako zpracovaných produktů.

Organické palivo

Největší objem výroby elektřiny probíhá v Surgut State District Power Plant-2, nejvýkonnější nejen v Ruské federaci, ale i na celém euroasijském kontinentu. Na zemní plyn vyrobí až 5 600 MW elektřiny. A z těch uhelných má největší výkon Reftinskaya GRES – 3800 MW. Více než 3000 MW může poskytnout také Kostroma a Surgutskaya GRES-1. Nutno podotknout, že zkratka GRES se od dob Sovětského svazu nezměnila. To je zkratka pro State District Power Plant.

Při reformě průmyslu musí být výroba a rozvod elektřiny v tepelných elektrárnách doprovázena technickým dovybavením stávajících stanic a jejich rekonstrukcí. Mezi prioritní úkoly patří také výstavba nových kapacit na výrobu energie.

Elektřina z obnovitelných zdrojů

Elektřina získaná pomocí vodních elektráren je nezbytným prvkem stability jednotné energetické soustavy státu. Právě vodní elektrárny dokážou zvýšit objem výroby elektřiny v řádu hodin.

Velký potenciál ruské vodní energie spočívá v tom, že na území země se nachází téměř 9 % světových zásob vody. Jedná se o druhé místo na světě z hlediska dostupnosti vodních zdrojů. Země jako Brazílie, Kanada a Spojené státy zůstaly pozadu. Výrobu elektřiny ve světě prostřednictvím vodních elektráren poněkud komplikuje skutečnost, že nejpříznivější místa pro jejich výstavbu jsou výrazně vzdálena od obydlených oblastí nebo průmyslových podniků.

Přesto se díky elektřině vyrobené ve vodních elektrárnách daří ušetřit zhruba 50 milionů tun paliva. Pokud by bylo možné využít plný potenciál vodní energie, mohlo by Rusko ušetřit až 250 milionů tun. A to už je vážná investice do ekologie země a flexibilní kapacity energetického systému.

Vodní elektrárny

Výstavba vodních elektráren řeší řadu otázek, které se netýkají výroby energie. To zahrnuje vytvoření vodovodních a kanalizačních systémů pro celé regiony a výstavbu zavlažovacích sítí, které jsou tak nezbytné pro zemědělství, protipovodňovou ochranu atd. Ta má mimochodem nemalý význam pro bezpečnost lidé.

Výrobu, přenos a distribuci elektřiny v současnosti zajišťuje 102 vodních elektráren, jejichž jednotkový výkon přesahuje 100 MW. Celková kapacita ruských hydraulických instalací se blíží 46 GW.

Země vyrábějící elektřinu pravidelně sestavují své žebříčky. Takže Rusko je nyní na 5. místě na světě ve výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů. Za nejvýznamnější objekty je třeba považovat vodní elektrárnu Zeya (je nejen první z těch, která byla postavena na Dálném východě, ale také poměrně výkonná - 1330 MW), kaskádu elektráren Volga-Kama (celková výroba a přenos elektřiny je více než 10,5 GW), vodní elektrárna Bureyskaya (2010 MW) atd. Rád bych se také zmínil o kavkazských vodních elektrárnách. Z několika desítek provozovaných v tomto regionu nejvíce vyniká nová (již zprovozněná) vodní elektrárna Kašchatau s výkonem více než 65 MW.

Zvláštní pozornost si zaslouží také geotermální vodní elektrárny na Kamčatce. Jedná se o velmi výkonné a mobilní stanice.

Nejvýkonnější vodní elektrárny

Jak již bylo uvedeno, výrobu a využití elektřiny brzdí odlehlost hlavních spotřebitelů. Stát je však zaneprázdněn rozvojem tohoto odvětví. Nejen, že se rekonstruují stávající vodní elektrárny, ale staví se i nové. Musí zvládnout horské řeky Kavkazu, velké řeky Ural, stejně jako zdroje poloostrova Kola a Kamčatky. Mezi nejvýkonnější patří několik vodních elektráren.

Sayano-Shushenskaya pojmenovaná po. PS Neporozhniy byl postaven v roce 1985 na řece Jenisej. Jeho současná kapacita ještě nedosáhla odhadovaných 6000 MW kvůli rekonstrukci a opravám po havárii v roce 2009.

Výroba a spotřeba elektřiny ve vodní elektrárně Krasnojarsk je navržena pro tavírnu hliníku Krasnojarsk. Jedná se o jediného „klienta“ vodní elektrárny, která byla uvedena do provozu v roce 1972. Jeho projektovaný výkon je 6000 MW. Vodní elektrárna Krasnojarsk je jedinou, na které je instalován lodní výtah. Zajišťuje pravidelnou plavbu po řece Jenisej.

Vodní elektrárna Bratsk byla uvedena do provozu již v roce 1967. Jeho hráz blokuje řeku Angara poblíž města Bratsk. Stejně jako vodní elektrárna Krasnojarsk slouží i vodní elektrárna Bratsk potřebám huti hliníku Bratsk. Všech 4 500 MW elektřiny jde na něj. A básník Jevtušenko věnoval této vodní elektrárně báseň.

Další vodní elektrárna se nachází na řece Angara - Ust-Ilimskaya (s kapacitou něco málo přes 3800 MW). Jeho stavba začala v roce 1963 a skončila v roce 1979. Zároveň začala výroba levné elektřiny pro hlavní spotřebitele: irkutské a bratské hliníkové hutě, irkutský závod na stavbu letadel.

Vodní elektrárna Volžskaja se nachází severně od Volgogradu. Jeho výkon je téměř 2600 MW. Tato největší vodní elektrárna v Evropě je v provozu od roku 1961. Nedaleko Toljatti funguje nejstarší z velkých vodních elektráren Žigulevskaja. Do provozu byla uvedena již v roce 1957. Výkon vodní elektrárny je 2330 MW a pokrývá potřeby elektřiny ve střední části Ruska, Uralu a střední Volhy.

Výrobu elektřiny nezbytné pro potřeby Dálného východu však zajišťuje VE Bureyskaya. Dá se říci, že je stále velmi „mladý“ - uvedení do provozu proběhlo teprve v roce 2002. Instalovaný výkon této vodní elektrárny je 2010 MW elektrické energie.

Experimentální pobřežní vodní elektrárny

Četné oceánské a mořské zátoky mají také hydroelektrický potenciál. Vždyť výškový rozdíl při přílivu ve většině z nich přesahuje 10 metrů. To znamená, že lze vyrobit obrovské množství energie. V roce 1968 byla otevřena experimentální přílivová stanice Kislogubskaya. Jeho výkon je 1,7 MW.

Mírový atom

Ruská jaderná energie je technologie s plným cyklem: od těžby uranových rud po výrobu elektřiny. Dnes má země 33 energetických bloků v 10 jaderných elektrárnách. Celkový instalovaný výkon je něco málo přes 23 MW.

Maximální množství elektřiny vyrobené v jaderné elektrárně bylo v roce 2011. Číslo bylo 173 miliard kWh. Výroba elektřiny z jaderných elektráren na hlavu vzrostla oproti předchozímu roku o 1,5 %.

Prioritním směrem rozvoje jaderné energetiky je samozřejmě bezpečnost provozu. Významnou roli v boji proti globálnímu oteplování ale hrají i jaderné elektrárny. Ekologové o tom neustále mluví a zdůrazňují, že pouze v Rusku je možné snížit emise oxidu uhličitého do atmosféry o 210 milionů tun ročně.

Jaderná energetika se rozvíjela především na severozápadě a v evropské části Ruska. V roce 2012 vyrobily všechny jaderné elektrárny asi 17 % veškeré vyrobené elektřiny.

Jaderné elektrárny v Rusku

Největší jaderná elektrárna v Rusku se nachází v Saratovské oblasti. Roční kapacita JE Balakovo je 30 miliard kW/h elektřiny. V Bělojarské JE (Sverdlovská oblast) je v současné době v provozu pouze 3. blok. To nám však umožňuje označit jej za jeden z nejsilnějších. 600 MW elektřiny se získává díky rychlému neutronovému reaktoru. Stojí za zmínku, že se jednalo o první jednotku rychlého neutronu na světě instalovanou k výrobě elektřiny v průmyslovém měřítku.

Na Čukotce je instalována Jaderná elektrárna Bilibino, která vyrábí 12 MW elektřiny. A JE Kalinin lze považovat za nedávno postavenou. Jeho první blok byl uveden do provozu v roce 1984 a poslední (čtvrtý) až v roce 2010. Celková kapacita všech energetických jednotek je 1000 MW. V roce 2001 byla postavena a uvedena do provozu JE Rostov. Od připojení druhého energetického bloku - v roce 2010 - přesáhl jeho instalovaný výkon 1000 MW a faktor využití výkonu byl 92,4 %.

Větrná energie

Ekonomický potenciál ruské větrné energie se odhaduje na 260 miliard kWh ročně. To je téměř 30 % veškeré elektřiny vyrobené dnes. Výkon všech větrných turbín provozovaných v zemi je 16,5 MW energie.

Zvláště příznivé pro rozvoj tohoto průmyslu jsou regiony, jako jsou oceánská pobřeží, podhůří a horské oblasti Uralu a Kavkazu.

Elektrická energie má nesporné výhody oproti všem ostatním druhům energie. Může být přenášen drátem na velké vzdálenosti s relativně nízkými ztrátami a pohodlně distribuován mezi spotřebitele. Hlavní věc je, že tuto energii lze pomocí poměrně jednoduchých zařízení snadno přeměnit na jakoukoli jinou formu: mechanickou, vnitřní (zahřívání těles), světelnou energii. Elektrická energie má nesporné výhody oproti všem ostatním druhům energie. Může být přenášen drátem na velké vzdálenosti s relativně nízkými ztrátami a pohodlně distribuován mezi spotřebitele. Hlavní věc je, že tuto energii lze pomocí poměrně jednoduchých zařízení snadno přeměnit na jakoukoli jinou formu: mechanickou, vnitřní (zahřívání těles), světelnou energii.

Výhoda elektrické energie Může být přenášena prostřednictvím drátů Může být přenášena prostřednictvím drátů Může být transformována Může být transformována Snadno přeměněna na jiné typy energie Snadno přeměněna na jiné typy energie Snadno získat z jiných typů energie Snadno získat z jiných typů energie

Generátor - Zařízení, které přeměňuje energii jednoho nebo druhého druhu na elektrickou energii. Zařízení, které přeměňuje energii toho či onoho druhu na elektrickou energii. Mezi generátory patří galvanické články, elektrostatické stroje, termočlánky, solární baterie Mezi generátory patří galvanické články, elektrostatické stroje, termočlánky, solární baterie

Provoz generátoru Energii lze generovat buď otáčením cívky v poli permanentního magnetu, nebo umístěním cívky do měnícího se magnetického pole (otáčení magnetu při ponechání cívky v klidu). Energii lze generovat buď otáčením cívky v poli permanentního magnetu, nebo umístěním cívky do měnícího se magnetického pole (otáčení magnetu při ponechání cívky nehybné).

Význam generátoru při výrobě elektrické energie Nejdůležitější části generátoru jsou vyráběny s velkou přesností. Nikde v přírodě neexistuje taková kombinace pohyblivých částí, která by dokázala generovat elektrickou energii tak nepřetržitě a hospodárně.Nejdůležitější části generátoru jsou vyrobeny s velkou přesností. Nikde v přírodě neexistuje taková kombinace pohyblivých částí, která dokáže generovat elektrickou energii tak nepřetržitě a hospodárně

Jak funguje transformátor? Skládá se z uzavřeného ocelového jádra sestaveného z plátů, na kterém jsou umístěny dvě cívky s vinutím drátu. Primární vinutí je připojeno ke zdroji střídavého napětí. K sekundárnímu vinutí je připojena zátěž.

Jaderné elektrárny produkují 17 % celosvětové produkce. Na počátku 21. století je v provozu 250 jaderných elektráren, v provozu je 440 energetických bloků. Nejvíce USA, Francie, Japonsko, Německo, Rusko, Kanada. Uranový koncentrát (U3O8) je soustředěn v těchto zemích: Kanada, Austrálie, Namibie, USA, Rusko. Jaderné elektrárny

Porovnání typů elektráren Typy elektráren Emise škodlivých látek do ovzduší, kg Obydlená plocha Spotřeba čisté vody m 3 Vypouštění špinavé vody, m 3 Náklady na ochranu životního prostředí % KVET: uhlí 251,5600,530 KVET: topný olej 150,8350 ,210 HPP NPP--900 550 WPP10--1 SPP-2---BES10-200 210

Technologická schémata a environmentální ukazatele výroby elektřiny v tepelných a jaderných elektrárnách, teplárnách a větrných elektrárnách. Moderní trendy ve vývoji elektroenergetiky.

Elektroenergetika- energetický sektor, který zahrnuje výrobu, přenos a prodej elektřiny. Elektrická energie je nejdůležitější odvětví energie, což je vysvětleno výhodami elektřiny oproti jiným druhům energie, jako je relativní snadnost přenosu na velké vzdálenosti, distribuce mezi spotřebiteli a také přeměna na jiné druhy energie (mechanické tepelné, chemické, světelné atd.). Charakteristickým rysem elektrické energie je praktická současnost její výroby a spotřeby, protože elektrický proud se šíří sítěmi rychlostí blízkou rychlosti světla.

Historická exkurze: Elektrická energie byla dlouhou dobu pouze předmětem experimentů a neměla žádné praktické využití. První pokusy o prospěšné využití elektřiny byly činěny ve 2. polovině 19. století, hlavními oblastmi využití byl nedávno vynalezený telegraf, galvanizace a vojenství. Nejprve sloužily jako zdroje elektrické energie galvanické články. Významným průlomem v hromadné distribuci elektřiny byl vynález elektrických strojních zdrojů elektrické energie – generátorů. Generátory měly oproti galvanickým článkům větší výkon a životnost, byly výrazně levnější a umožňovaly libovolně nastavovat parametry generovaného proudu. Právě s příchodem generátorů se začaly objevovat první elektrárny a sítě – elektroenergetika se stala samostatným průmyslem. Prvním přenosem energie v historii (v moderním slova smyslu) byla trať Laufen - Frankfurt, která zahájila provoz v roce 1891. Délka vedení byla 170 km, napětí 28,3 kV, přenášený výkon 220 kW. Důležitou etapou byl vynález elektrické tramvaje: tramvajové systémy byly velkými spotřebiteli elektrické energie a stimulovaly zvýšení kapacity elektrických stanic. V mnoha městech byly spolu s tramvajovými systémy postaveny první elektrické stanice.

Počátek 20. století byl ve znamení tzv. „války proudů“ – konfrontace mezi průmyslovými výrobci stejnosměrných a střídavých proudů. Stejnosměrný a střídavý proud měl při používání výhody i nevýhody. Rozhodující byla možnost přenosu na velké vzdálenosti - přenos střídavého proudu byl realizován snadněji a levněji, což předurčilo jeho vítězství v této „válce“: v současnosti se střídavý proud používá téměř všude. V současnosti však existují vyhlídky na široké využití stejnosměrného proudu pro přenos vysokého výkonu na dlouhé vzdálenosti.

Přenos a rozvod elektrické energie

Přenos elektrické energie z elektráren ke spotřebitelům se provádí prostřednictvím elektrických sítí. Z technického hlediska je elektrická síť souborem elektrických přenosových vedení (PTL) a transformátorů umístěných v rozvodnách.

Elektrické vedení Jsou kovovým vodičem, kterým prochází elektrický proud. Přívod elektřiny je v naprosté většině případů třífázový, takže elektrické vedení se obvykle skládá ze tří fází, z nichž každá může obsahovat několik vodičů. Konstrukčně se elektrické vedení dělí na vzduch A kabel.

Ó Nadzemní elektrické vedení zavěšené nad zemí v bezpečné výšce na speciálních konstrukcích zvaných podpěry. Hlavní výhodou venkovního elektrického vedení je jeho relativní levnost ve srovnání s kabelovým vedením. Mnohem lepší je také údržba (zejména ve srovnání s bezkartáčovými kabelovými vedeními): odpadá výkopové práce pro výměnu drátu a vizuální kontrola stavu vedení není náročná. Nadzemní elektrické vedení má však řadu nevýhod: široká přednost v jízdě - v blízkosti elektrického vedení je zakázáno zřizovat jakékoli stavby nebo sázet stromy; nejistota před vnějšími vlivy, například pády stromů na vedení a krádeže drátů. Z důvodu zranitelnosti bývá jedno venkovní vedení často vybaveno dvěma okruhy: hlavním a záložním. Estetická nepřitažlivost; To je jeden z důvodů téměř univerzálního přechodu na kabelový přenos energie ve městě.

Pro venkovní vedení střídavého proudu je přijata tato stupnice tříd napětí: střídavý - 0,4, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 400, 500, 750, 1150 kV; konstantní – 400, 800 kV

Ó Kabelové vedení (CL) se provádějí pod zemí. Elektrické kabely se liší v designu, ale společné prvky lze identifikovat. Jádrem kabelu jsou tři vodivá jádra (podle počtu fází). Kabely mají vnější i mezižilovou izolaci. Obvykle jako izolant působí kapalný transformátorový olej nebo naolejovaný papír. Vodivé jádro kabelu je obvykle chráněno ocelovým pancířem. Vnější strana kabelu je potažena bitumenem. Hlavní výhodou kabelového elektrického vedení (oproti venkovnímu vedení) je absence široké přednosti. Mezi nevýhody kabelového elektrického vedení patří vysoká cena výstavby a následného provozu. Kabelová vedení jsou hůře dostupná pro vizuální pozorování.

AC vedení.

Většina energie je přenášena vedením střídavého proudu.

Střídavé elektrické vedení má velmi důležitou výhodu: kdekoli na vedení přenáší snižovací transformátor připojený k vedení energii spotřebitelům.

Nevýhody střídavého vedení: přítomnost indukčního odporu vedení, který je spojen s jevem elektromagnetické indukce. Indukční reaktance výrazně zhoršuje přenos elektřiny ve vedení, protože vede k poklesu napětí podél cesty od zdroje ke spotřebiteli. Indukčnost vedení způsobuje fázový posun mezi kolísáním proudu a napětí. Ke snížení indukční reaktance se používají různé metody: a) například zahrnují kondenzátory v bateriovém vedení; b) rozdělení jednoho vodiče na několik, což vede ke snížení indukční reaktance vedení.

B) Elektřinu lze přenášet a přes stejnosměrné napájecí vedení.

Stejnosměrné elektrické vedení má výhody oproti vedení střídavým. Za prvé, když prochází stejnosměrný proud, nedochází k indukční reaktanci. Navíc nižší spotřeba kovu drátů (u třífázových proudových vedení se používají dva dráty místo tří); menší ztráty v důsledku korónového výboje, tudíž menší rádiové rušení. A konečně hlavní věc je, že použití stejnosměrného proudu v elektrických vedeních umožňuje neobvykle zvýšit stabilitu energetického systému, což v případě střídavého proudu vyžaduje přísnou synchronizaci, konstantní frekvenci všech generátorů zahrnutých v celkovém systému. U stejnosměrného proudu takový problém není.

Jaderná elektrárna (JE)

Jaderná elektrárna (JE)- soubor technických struktur určených k výrobě elektrické energie využitím energie uvolněné při řízené jaderné reakci.

Jaderné elektrárny jsou klasifikovány podle reaktorů na nich nainstalovaných:

· Tepelné neutronové reaktory, které používají speciální moderátory ke zvýšení pravděpodobnosti absorpce neutronů jádry atomů paliva

ü Lehkovodní reaktory

ü Těžkovodní reaktory

Rychlé reaktory
Podkritické reaktory využívající externí zdroje neutronů
Fúzní reaktory

Jaderné elektrárny lze rozdělit na:

Jaderné elektrárny (JE) určené pouze k výrobě elektřiny
Jaderné elektrárny na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny (CHP), vyrábějící elektřinu i tepelnou energii

Na obrázku je schéma provozu jaderné elektrárny s dvouokruhovým tlakovodním energetickým reaktorem. Energie uvolněná v aktivní zóně reaktoru se přenáší do primárního chladiva. Dále chladivo vstupuje do výměníku tepla (parogenerátoru), kde ohřívá vodu sekundárního okruhu k varu. Vzniklá pára vstupuje do turbín, které otáčejí elektrické generátory. Na výstupu z turbín se pára dostává do kondenzátoru, kde je ochlazována velkým množstvím vody přicházející z rezervoáru. Nebo jednodušeji řečeno, jaderné palivo se v reaktoru rozkládá, při jeho doznívání se uvolňuje tepelná energie, která vaří vodu, vznikající pára zase roztáčí turbínu a ta roztáčí elektrický generátor, který pak vyrábí elektřinu.

Kompenzátor tlaku je poměrně složitá a těžkopádná konstrukce, která slouží k vyrovnání kolísání tlaku v okruhu během provozu reaktoru, ke kterému dochází v důsledku tepelné roztažnosti chladiva. Tlak v 1. okruhu může dosáhnout až 160 atmosfér (VVER-1000).

Kromě vody lze v různých reaktorech použít jako chladivo také roztavený sodík nebo plyn. Použití sodíku umožňuje zjednodušit konstrukci pláště aktivní zóny reaktoru (na rozdíl od vodního okruhu tlak v sodíkovém okruhu nepřekračuje atmosférický tlak) a zbavit se kompenzátoru tlaku, ale vytváří své vlastní potíže spojené se zvýšenou chemickou aktivitou tohoto kovu.

Celkový počet okruhů se může u různých reaktorů lišit, schéma na obrázku je uvedeno pro reaktory typu VVER (Water-Water Energy Reactor). Reaktory typu RBMK (High Power Channel Type Reactor) využívají jeden vodní okruh a reaktory BN (Fast Neutron Reactor) využívají dva sodíkové a jeden vodní okruh.

Pokud není možné použít velké množství vody pro kondenzaci páry, lze místo použití zásobníku chladit vodu ve speciálních chladicích věžích, které jsou díky své velikosti obvykle nejviditelnější částí jaderné elektrárny.

Výhody jaderných elektráren:

Malý objem použitého paliva a možnost jeho opětovného použití po zpracování;

Vysoký výkon: 1000-1600 MW na pohonnou jednotku;
Nízké náklady na energii, zejména tepelnou energii.
Možnost umístění v regionech vzdálených od velkých vodních energetických zdrojů, velkých ložisek uhlí, v místech, kde jsou omezené možnosti využití solární nebo větrné energie.
Při provozu jaderné elektrárny se do atmosféry uvolňuje určité množství ionizovaného plynu, ale klasická tepelná elektrárna spolu s kouřem uvolňuje ještě větší množství emisí záření, a to kvůli přirozenému obsahu radioaktivních prvků v uhlí.

Nevýhody jaderných elektráren:

· Ozářené palivo je nebezpečné a vyžaduje složitá a nákladná opatření na přepracování a skladování;

· Provozní režim s proměnným výkonem je nežádoucí pro reaktory pracující na tepelných neutronech;

· Velké kapitálové investice, a to jak měrné, na 1 MW instalovaného výkonu pro bloky s výkonem menším než 700-800 MW, tak obecné, nutné pro výstavbu stanice, její infrastruktury, jakož i pro případ možné likvidace .

Větrné elektrárny

Větrný generátor(větrná elektroinstalace nebo zkráceně větrná turbína) je zařízení pro přeměnu kinetické energie větru na energii elektrickou.

Větrné generátory lze rozdělit do dvou kategorií: průmyslové a domácí (pro soukromé použití). Průmyslové instaluje stát nebo velké energetické korporace. Zpravidla se spojují do sítě a výsledkem je větrná elektrárna. Jeho hlavním rozdílem od tradičních (tepelných, jaderných) je naprostá absence jak surovin, tak odpadu. Jediným důležitým požadavkem na větrnou elektrárnu je vysoká průměrná roční hladina větru. Výkon moderních větrných generátorů dosahuje 6 MW.

1. Nadace

2. Silová skříň včetně výkonových stykačů a ovládacích obvodů

4. Schody

5. Otočný mechanismus

6. Gondola

7. Elektrický generátor

8. Systém sledování směru a rychlosti větru (anemometr)

9. Brzdový systém

10. Přenos

11. Čepele

12. Systém pro změnu úhlu náběhu čepele

13. Víko rotoru.

Princip fungování větrných elektráren je jednoduchý: vítr otáčí lopatky větrného mlýna a pohání hřídel elektrického generátoru. To zase vytváří elektrickou energii. Ukazuje se, že větrné elektrárny fungují jako autíčka na baterie, jen princip jejich fungování je opačný. Místo přeměny elektrické energie na mechanickou energii se větrná energie přeměňuje na elektrický proud.

Jaké jsou nevýhody větrných elektráren?

Především jejich práce nepříznivě ovlivňuje provoz televizní sítě. Zde je zajímavý příklad, který lze v tomto ohledu uvést. Před několika lety začaly přicházet neobvyklé stížnosti od obyvatel Orknejských ostrovů (UK). Ukázalo se, že při provozu větrné elektrárny postavené na jednom z kopců dochází v provozu televizní sítě k tak silnému rušení, že na televizních obrazovkách mizí obraz. Řešení bylo nalezeno v konstrukci výkonného televizního opakovače vedle větrné turbíny, který umožnil zesílit televizní signály. Podle zpráv může větrná elektrárna o výkonu 0,1 MW způsobit zkreslení televizního signálu až na vzdálenost 0,5 km.

Dalším neočekávaným rysem větrných turbín bylo, že se ukázaly být zdrojem dosti intenzivního infrazvukového hluku, který má nepříznivý vliv na lidský organismus, způsobuje neustálé deprese, těžkou bezdůvodnou úzkost a nepohodlí v životě. Jak ukázaly zkušenosti z provozu velkého množství větrných turbín v USA, zvířata ani ptactvo tento hluk nevydrží při opuštění oblasti, kde se stanice nachází, tzn. Území samotné větrné elektrárny a její přilehlé oblasti se stávají nevhodnými pro život lidí, zvířat a ptáků.

Hlavní nevýhodou tohoto typu energie je však spolu s proměnlivostí rychlosti větru jeho nízká intenzita, která vyžaduje velkou plochu pro umístění větrné instalace. Z výpočtů provedených specialisty vyplývá, že optimální průměr pro větrné kolo je 100 m. Při takových geometrických rozměrech a hustotě energie na jednotku plochy větrného kola 500 W/m2 (rychlost větru 9,2 m/s ), elektrickou energii lze získat z proudění větru, téměř 1 MW. Na ploše 1 km2 lze umístit 2-3 instalace o specifikovaném výkonu, přičemž je třeba vzít v úvahu skutečnost, že by měly být umístěny jedna od druhé ve vzdálenosti rovné třem jejich výšek, aby nepřekážely. navzájem a nesnižovat efektivitu jejich práce.

Pro posouzení předpokládejme, že na ploše 1 km 2 se nacházejí 3 zařízení, tzn. z 1 km 2 můžete odebrat 3 MW elektrické energie. To znamená, že pro umístění větrné stanice s elektrickým výkonem 1000 MW je potřeba plocha 330 km 2 . Pokud srovnáme větrné a tepelné elektrárny z hlediska výroby energie v průběhu celého roku, výsledná hodnota by měla být navýšena minimálně 2-3x. Pro srovnání uvádíme, že plocha JE Kursk o výkonu 4000 MW spolu s pomocnými stavbami, chladicím rybníkem a obytnou vesnicí je 30 km2, tzn. na 1000 MW elektrického výkonu připadá 7,5 km2. Jinými slovy, velikost území větrné elektrárny na 1000 MW je o 2 řády větší než plocha, kterou zabírá moderní jaderná elektrárna.

Navzdory tomu se někteří vědci domnívají, že by se měla rozvíjet větrná energie ve velkém měřítku. Jen na JZD a státních farmách u nás před válkou fungovalo více než 8000 větrných elektráren. V roce 1930 Na základě oddělení větrných motorů TsAGI byl vytvořen Central Wind Energy Institute a v roce 1938 byla zorganizována projekční kancelář pro instalace větrné energie. V předválečných letech a po válce bylo vyvinuto a vyrobeno poměrně velké množství (cca 10 tisíc kusů) různých větrných turbín. V řadě zahraničních zemí se intenzivně pracuje na využití větrné energie.

Můžeme tedy naznačit následující výhody a nevýhody větrné energie: žádný vliv na tepelnou bilanci zemské atmosféry, spotřebu kyslíku, emise oxidu uhličitého a dalších škodlivin, schopnost přeměny na různé druhy energie (mechanická, tepelná , elektrický), ale zároveň s nízkou hustotou energie na jednotku plochy větrného kola; nepředvídatelné změny rychlosti větru během dne a ročního období vyžadující zálohu větrné stanice nebo akumulaci vyrobené energie; negativní dopad na životní prostředí lidí a zvířat, na televizní komunikaci a sezónní tahy ptáků. Domácí i zahraniční zkušenosti dokazují technickou proveditelnost a proveditelnost výstavby a provozu větrných elektráren s nízkým výkonem pro odlehlé vesnice a vzdálené pastviny i v zemědělském sektoru.

Tepelné elektrárny

Nejběžnější jsou tepelné elektrárny (TPP), které využívají tepelnou energii uvolněnou spalováním organického paliva (pevného, kapalného a plynného).

Tepelné elektrárny vyrábějí asi 76 % elektřiny vyrobené na naší planetě. To je způsobeno přítomností fosilních paliv téměř ve všech oblastech naší planety; možnost dopravy organického paliva z místa těžby do elektrárny umístěné v blízkosti spotřebitelů energie; technický pokrok v tepelných elektrárnách, zajištění výstavby tepelných elektráren s vysokým výkonem; možnost využití odpadního tepla z pracovní tekutiny a jeho dodávání spotřebitelům kromě elektrické energie i tepelné energie (s párou nebo horkou vodou) atd.

Diagram ukazuje klasifikaci tepelných elektráren využívajících fosilní paliva.

Tepelná elektrárna je komplex zařízení a zařízení, které přeměňují energii paliva na elektrickou a (obecně) tepelnou energii.

Tepelné elektrárny se vyznačují velkou rozmanitostí a lze je klasifikovat podle různých kritérií.

Podle účelu a druhu dodávané energie se elektrárny dělí na regionální a průmyslové.

Okresní elektrárny jsou samostatné veřejné elektrárny, které slouží všem typům spotřebitelů v regionu (průmyslové podniky, doprava, obyvatelstvo atd.). Okresní kondenzační elektrárny, které vyrábějí především elektřinu, si často zachovávají svůj historický název – GRES (státní okresní elektrárny). Okresní elektrárny, které vyrábějí elektrickou a tepelnou energii (ve formě páry nebo horké vody), se nazývají kombinované elektrárny (KVET). Státní okresní elektrárny a okresní tepelné elektrárny mají zpravidla výkon vyšší než 1 milion kW.

Průmyslové elektrárny jsou elektrárny, které dodávají tepelnou a elektrickou energii konkrétním výrobním podnikům nebo jejich komplexu, například chemické výrobně. Průmyslové elektrárny často pracují na obecné elektrické síti, ale nejsou podřízeny dispečerovi energetické soustavy.

Podle druhu použitého paliva se tepelné elektrárny dělí na elektrárny na fosilní paliva a jaderné palivo.

Kondenzační elektrárny pracující na fosilní paliva se v době, kdy ještě neexistovaly jaderné elektrárny (JE), historicky nazývaly tepelné elektrárny (TES - heat power plant). V tomto smyslu bude tento termín dále používán, ačkoli tepelné elektrárny, jaderné elektrárny, elektrárny s plynovou turbínou (GTPP) a elektrárny s kombinovaným cyklem (CGPP) jsou také tepelné elektrárny pracující na principu přeměny tepelné energie. energie na elektrickou energii.

Jako organické palivo pro tepelné elektrárny se používají plynná, kapalná a pevná paliva. Většina tepelných elektráren v Rusku, zejména v evropské části, spotřebovává zemní plyn jako hlavní palivo a topný olej jako záložní palivo, které využívá kvůli vysoké ceně jen v extrémních případech; Takové tepelné elektrárny se nazývají elektrárny na plynový olej.

Podle typu tepelných elektráren používaných v tepelných elektrárnách k přeměně tepelné energie na mechanickou energii otáčení rotorů turbínových jednotek se rozlišují parní turbíny, plynové turbíny a elektrárny s kombinovaným cyklem.

Základem parních turbínových elektráren jsou parní turbínové jednotky (STU), které využívají k přeměně tepelné energie na mechanickou energii nejsložitější, nejvýkonnější a extrémně pokročilý energetický stroj - parní turbínu. PTU je hlavním prvkem tepelných elektráren, tepláren a jaderných elektráren.

STP, které mají kondenzační turbíny jako pohon pro elektrické generátory a nevyužívají teplo odpadní páry k dodávání tepelné energie externím spotřebitelům, se nazývají kondenzační elektrárny. Samostatné technické jednotky vybavené topnými turbínami a uvolňujícími teplo z odpadní páry průmyslovým nebo komunálním spotřebitelům se nazývají kombinované tepelné elektrárny (CHP).

Tepelné elektrárny s plynovou turbínou (GTPP) jsou vybaveny jednotkami s plynovou turbínou (GTU) na plynné nebo v extrémním případě kapalné (nafta) palivo. V současné době je v Rusku jedna elektrárna s plynovou turbínou (GRES-3 pojmenovaná po Klassonovi, Elektrogorsk, Moskevská oblast) o výkonu 600 MW a jedna kogenerační elektrárna s plynovou turbínou (ve městě Elektrostal, Moskevská oblast).

Schéma tepelné elektrárny (uhelné)

Tepelné elektrárny fungují na následujícím principu: palivo se spaluje v topeništi parního kotle. Teplo uvolněné při spalování odpařuje vodu cirkulující uvnitř trubek umístěných v kotli a přehřívá vznikající páru. Pára, expandující, otáčí turbínou, která zase otáčí hřídelí elektrického generátoru. Odpadní pára pak kondenzuje; voda z kondenzátoru se vrací do kotle přes ohřívací systém.

Výhody TPP:
1. Použité palivo je poměrně levné.
2. Vyžadují menší kapitálové investice ve srovnání s jinými elektrárnami.
3. Lze postavit kdekoli bez ohledu na dostupnost paliva. Palivo je možné do místa elektrárny dopravit železniční nebo silniční dopravou.
4. Zabírat menší plochu ve srovnání s vodními elektrárnami.
5. Náklady na výrobu elektřiny jsou nižší než náklady na dieselové elektrárny.

nedostatky:
1. Znečišťují atmosféru, do ovzduší uvolňují velké množství kouře a sazí.
2. Vyšší provozní náklady oproti vodním elektrárnám.

OTÁZKY:

1. Definujte elektroenergetiku.

2. Jaké výhody má elektřina oproti jiným druhům energie?

3. Vynález jakého zařízení je spojen se vznikem prvních elektráren?

4. Co je to z technického hlediska elektrická síť?

5. Vyjmenujte typy elektrických vedení z hlediska jejich konstrukčních vlastností. Uveďte jejich výhody a nevýhody.

6. Nakreslete schéma přenosu energie podél vedení střídavého proudu. Výhody a nevýhody tohoto způsobu přenosu.

7. Nakreslete schéma přenosu energie podél stejnosměrných vedení. Jaká je jejich výhoda oproti AC vedení?

8. Vyplňte tabulku:

9. Co způsobuje široké využití tepelných elektráren

Související informace.

Výroba (výroba), rozvod a spotřeba elektrické a tepelné energie: elektrárna vyrábí (nebo vyrábí) elektrickou energii a teplárna vyrábí elektrickou a tepelnou energii. Podle typu primárního zdroje energie přeměňovaného na elektrickou nebo tepelnou energii se elektrárny dělí na tepelné (CHP), jaderné (JE) a hydraulické (HPP). U tepelných elektráren je primárním zdrojem energie organické palivo (uhlí, plyn, ropa), u jaderných elektráren - uranový koncentrát, u vodních elektráren - voda (hydraulické zdroje). Tepelné elektrárny se dělí na kondenzační tepelné elektrárny (kondenzační elektrárny - CES nebo státní okresní elektrárny - GRES), které vyrábějí pouze elektřinu, a teplárny (KVET), které vyrábějí elektřinu i teplo.

Kromě tepelných elektráren, jaderných elektráren a vodních elektráren existují i další typy elektráren (přečerpávací, dieselové, solární, geotermální, přílivové a větrné elektrárny). Jejich síla je však nízká.

Elektrická část elektrárny zahrnuje různá hlavní a pomocná zařízení. Mezi hlavní zařízení určená pro výrobu a rozvod elektřiny patří: synchronní generátory vyrábějící elektřinu (u tepelných elektráren - turbogenerátory); přípojnice určené pro příjem elektřiny z generátorů a její distribuci spotřebitelům; spínací přístroje - vypínače určené k zapínání a vypínání obvodů za normálních a nouzových podmínek a odpojovače určené k odvádění napětí z beznapěťových částí elektrických instalací a k vytváření viditelného přerušení obvodu (odpojovače zpravidla nejsou určeny k přerušení provozního proudu instalace); elektrické přijímače pro vlastní potřebu (čerpadla, ventilátory, nouzové elektrické osvětlení atd.). Pomocné zařízení je určeno k provádění funkcí měření, alarmu, ochrany a automatizace atd.

Energetický systém (napájecí systém) sestává z elektráren, elektrických sítí a spotřebičů elektřiny, vzájemně propojených a propojených společným režimem v nepřetržitém procesu výroby, distribuce a spotřeby elektrické a tepelné energie, s obecným řízením tohoto režimu.

Elektrický napájecí (elektrický) systém- jedná se o soubor elektrických částí elektráren, elektrických sítí a spotřebičů elektřiny, propojených shodností režimu a návazností procesu výroby, distribuce a spotřeby elektřiny. Elektrická soustava je součástí energetické soustavy s výjimkou tepelných sítí a spotřebičů tepla. Elektrická síť je soubor elektroinstalací pro rozvod elektrické energie, sestávající z rozvoden, rozvaděčů, nadzemního a kabelového elektrického vedení. Elektrická síť rozvádí elektřinu z elektráren ke spotřebitelům. Elektrické vedení (nadzemní nebo kabelové) je elektrická instalace určená k přenosu elektrické energie.

U nás používáme standardní jmenovitá (sdružená) napětí třífázového proudu o frekvenci 50 Hz v rozsahu 6-1150 kV, dále napětí 0,66; 0,38 (0,22) kV.

Přenos elektřiny z elektráren elektrickým vedením se provádí při napětí 110-1150 kV, tedy výrazně převyšujícím napětí generátorů. Elektrické rozvodny se používají k přeměně elektřiny jednoho napětí na elektřinu jiného napětí. Elektrická rozvodna je elektrická instalace určená k přeměně a distribuci elektrické energie. Rozvodny se skládají z transformátorů, přípojnic a spínacích zařízení, jakož i pomocných zařízení: reléová ochranná a automatizační zařízení, měřicí přístroje. Rozvodny jsou určeny pro propojení generátorů a spotřebičů s elektrickým vedením (zvyšovací a snižovací rozvodny P1 a P2), jakož i pro propojení jednotlivých částí elektrizační soustavy.