Produzione trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica. Produzione e distribuzione di energia elettrica

I. Introduzione
II Produzione e utilizzo dell'energia elettrica
1. Generazione di energia
1.1 Generatore
2. Consumo di elettricità
III Trasformatori
1. Appuntamento
2. Classificazione
3. Dispositivo
4. Caratteristiche
5. Modalità
5.1 Al minimo
5.2 Modalità di cortocircuito
5.3 Modalità di caricamento
IV Trasmissione di potenza
V GOELRO
1. Storia
2. Risultati
VI Elenco dei riferimenti

I. Introduzione

L’elettricità, uno dei tipi di energia più importanti, gioca un ruolo enorme nel mondo moderno. È il nucleo delle economie degli stati, determinando la loro posizione sulla scena internazionale e il livello di sviluppo. Enormi somme di denaro vengono investite ogni anno nello sviluppo delle industrie scientifiche legate all'elettricità.
L'elettricità è parte integrante della vita quotidiana, quindi è importante avere informazioni sulle caratteristiche della sua produzione e utilizzo.

II. Produzione e utilizzo dell'energia elettrica

1. Generazione di energia

La generazione di elettricità è la produzione di elettricità convertendola da altri tipi di energia utilizzando dispositivi tecnici speciali.
Per generare energia elettrica utilizzare:
Generatore elettrico: una macchina elettrica in cui il lavoro meccanico viene convertito in energia elettrica.
Una batteria solare o fotocellula è un dispositivo elettronico che converte l'energia della radiazione elettromagnetica, principalmente nella gamma della luce, in energia elettrica.
Sorgenti di corrente chimica: conversione di parte dell'energia chimica in energia elettrica, attraverso una reazione chimica.
Fonti di elettricità radioisotopi: dispositivi che utilizzano l'energia rilasciata durante il decadimento radioattivo per riscaldare il liquido di raffreddamento o convertirlo in elettricità.
L'elettricità viene generata nelle centrali elettriche: termica, idraulica, nucleare, solare, geotermica, eolica e altre.
Praticamente in tutte le centrali elettriche di importanza industriale viene utilizzato il seguente schema: l'energia del vettore energetico primario con l'aiuto di un dispositivo speciale viene prima convertita in energia meccanica di movimento rotatorio, che viene trasferita a una speciale macchina elettrica - un generatore , dove viene generata la corrente elettrica.
I tre principali tipi di centrali elettriche: centrali termiche, centrali idroelettriche, centrali nucleari
Il ruolo principale nel settore dell'energia elettrica di molti paesi è svolto dalle centrali termoelettriche (TPP).
Le centrali termoelettriche richiedono un'enorme quantità di combustibili fossili, mentre le loro riserve stanno diminuendo e i costi sono in costante aumento a causa delle condizioni sempre più difficili per le distanze di estrazione e trasporto. Il loro fattore di utilizzo del carburante è piuttosto basso (non più del 40%) e i volumi di rifiuti che inquinano l'ambiente sono elevati.
Fattori economici, tecnici, economici e ambientali non ci consentono di considerare le centrali termoelettriche come un modo promettente per generare elettricità.
Le centrali idroelettriche (HPP) sono le più economiche. La loro efficienza raggiunge il 93% e il costo di un kWh è 5 volte più economico rispetto ad altri metodi di generazione di elettricità. Utilizzano una fonte di energia inesauribile, sono serviti da un numero minimo di lavoratori e sono ben regolamentati. Il nostro Paese occupa una posizione di leadership nel mondo in termini di dimensioni e capacità delle singole centrali e unità idroelettriche.
Ma il ritmo di sviluppo è ostacolato da costi e tempi di costruzione significativi, a causa della lontananza dei cantieri idroelettrici dalle grandi città, della mancanza di strade, delle difficili condizioni di costruzione, dell’influenza della stagionalità del regime fluviale, delle vaste aree di prezioso fiume fluviale i terreni sono inondati da bacini idrici, i grandi bacini influiscono negativamente sulla situazione ambientale, potenti centrali idroelettriche possono essere costruite solo dove sono disponibili le risorse adeguate.
Le centrali nucleari (NPP) funzionano secondo lo stesso principio delle centrali termiche, ovvero l'energia termica del vapore viene convertita in energia meccanica di rotazione dell'albero della turbina, che aziona un generatore, dove l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.
Il vantaggio principale delle centrali nucleari è la piccola quantità di combustibile utilizzato (1 kg di uranio arricchito sostituisce 2,5 mila tonnellate di carbone), per cui è possibile costruire centrali nucleari in qualsiasi area carente di energia. Inoltre, le riserve di uranio sulla Terra superano le riserve di combustibile minerale tradizionale e, con il funzionamento senza problemi delle centrali nucleari, hanno un impatto minimo sull'ambiente.
Il principale svantaggio delle centrali nucleari è la possibilità di incidenti con conseguenze catastrofiche, la cui prevenzione richiede serie misure di sicurezza. Inoltre, le centrali nucleari sono scarsamente regolamentate (ci vogliono diverse settimane per spegnerle o accenderle completamente) e non sono state sviluppate tecnologie per il trattamento dei rifiuti radioattivi.
L'energia nucleare è diventata uno dei settori trainanti dell'economia nazionale e continua a svilupparsi rapidamente, garantendo sicurezza e rispetto dell'ambiente.

1.1 Generatore

Un generatore elettrico è un dispositivo in cui le forme di energia non elettriche (meccanica, chimica, termica) vengono convertite in energia elettrica.
Il principio di funzionamento del generatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica, quando un campo elettromagnetico viene indotto in un conduttore che si muove in un campo magnetico e attraversa le sue linee di forza magnetiche, pertanto tale conduttore può essere considerato da noi come una sorgente di energia elettrica.
Il metodo per ottenere una fem indotta, in cui il conduttore si muove in un campo magnetico, muovendosi verso l'alto o verso il basso, è molto scomodo nella sua applicazione pratica. Pertanto, i generatori utilizzano il movimento non rettilineo, ma rotatorio del conduttore.
Le parti principali di qualsiasi generatore sono: un sistema di magneti o, molto spesso, elettromagneti che creano un campo magnetico e un sistema di conduttori che attraversano questo campo magnetico.
Un alternatore è una macchina elettrica che converte l'energia meccanica in energia elettrica CA. La maggior parte degli alternatori utilizza un campo magnetico rotante.

Quando il telaio ruota, il flusso magnetico che lo attraversa cambia, quindi al suo interno viene indotto un campo elettromagnetico. Poiché il telaio è collegato ad un circuito elettrico esterno con l'aiuto di un collettore di corrente (anelli e spazzole), si forma corrente elettrica nel telaio e nel circuito esterno.
Con rotazione uniforme del telaio, l'angolo di rotazione cambia secondo la legge:

Anche il flusso magnetico attraverso il telaio cambia nel tempo, la sua dipendenza è determinata dalla funzione:

Dove S− zona della cornice.
Secondo la legge di induzione elettromagnetica di Faraday, la forza elettromagnetica di induzione che si verifica nel telaio è:

dove è l'ampiezza della FEM di induzione.
Altro valore che caratterizza il generatore è l'intensità di corrente, espressa dalla formula:

Dove ioè la forza attuale in un dato momento, Io sono- l'ampiezza della forza attuale (il valore massimo della forza attuale in valore assoluto), φc- sfasamento tra le fluttuazioni di corrente e tensione.
La tensione elettrica ai terminali del generatore varia secondo una legge sinusoidale o coseno:

Quasi tutti i generatori installati nelle nostre centrali sono generatori di corrente trifase. In sostanza, ciascuno di questi generatori è una connessione in una macchina elettrica di tre generatori di corrente alternata, progettati in modo tale che i campi elettromagnetici indotti in essi siano spostati l'uno rispetto all'altro di un terzo del periodo:

2. Consumo di elettricità

Alimentazione elettrica delle imprese industriali. Le imprese industriali consumano il 30-70% dell'elettricità generata come parte del sistema elettrico. Una variazione significativa nel consumo industriale è determinata dallo sviluppo industriale e dalle condizioni climatiche dei vari paesi.
Alimentazione del trasporto elettrificato. Le sottostazioni raddrizzatrici per il trasporto elettrico CC (urbane, industriali, interurbane) e le sottostazioni step-down del trasporto elettrico a lunga percorrenza in corrente alternata sono alimentate dall'elettricità proveniente dalle reti elettriche dell'EPS.
Alimentazione dei consumatori domestici. Questo gruppo di PE comprende una vasta gamma di edifici situati in aree residenziali di città e paesi. Si tratta di edifici residenziali, edifici per scopi amministrativi, istituti educativi e scientifici, negozi, edifici per scopi sanitari, culturali e di massa, ristorazione pubblica, ecc.

III. trasformatori

Trasformatore - un dispositivo elettromagnetico statico avente due o più avvolgimenti accoppiati induttivamente e progettato per convertire un sistema di corrente alternata (primario) in un altro sistema di corrente alternata (secondario) mediante induzione elettromagnetica.

Schema del dispositivo trasformatore

1 - avvolgimento primario del trasformatore
2 - circuito magnetico
3 - avvolgimento secondario del trasformatore
F- direzione del flusso magnetico
U1- tensione sull'avvolgimento primario
U2- tensione sull'avvolgimento secondario

I primi trasformatori con circuito magnetico aperto furono proposti nel 1876 da P.N. Yablochkov, che li usò per alimentare una "candela" elettrica. Nel 1885, gli scienziati ungheresi M. Deri, O. Blaty, K. Zipernovsky svilupparono trasformatori industriali monofase con un circuito magnetico chiuso. Nel 1889-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky ha proposto un trasformatore trifase.

1. Appuntamento

I trasformatori sono ampiamente utilizzati in vari campi:
Per la trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica
Tipicamente, nelle centrali elettriche, i generatori di corrente alternata generano energia elettrica a una tensione di 6-24 kV ed è redditizio trasmettere elettricità su lunghe distanze a tensioni molto più elevate (110, 220, 330, 400, 500 e 750 kV). . Pertanto, in ogni centrale elettrica sono installati trasformatori che aumentano la tensione.
La distribuzione dell'energia elettrica tra imprese industriali, insediamenti, nelle città e nelle aree rurali, nonché all'interno delle imprese industriali, viene effettuata tramite linee aeree e via cavo, ad una tensione di 220, 110, 35, 20, 10 e 6 kV. Pertanto, in tutti i nodi di distribuzione devono essere installati trasformatori che riducono la tensione a 220, 380 e 660 V.
Fornire il circuito desiderato per l'accensione delle valvole nei dispositivi convertitori e per adattare la tensione all'uscita e all'ingresso del convertitore (trasformatori convertitori).
Per vari scopi tecnologici: saldatura (trasformatori di saldatura), alimentazione di impianti elettrotermici (trasformatori di forni elettrici), ecc.
Per alimentare vari circuiti di apparecchiature radio, apparecchiature elettroniche, dispositivi di comunicazione e automazione, elettrodomestici, per separare i circuiti elettrici di vari elementi di questi dispositivi, per l'adattamento della tensione, ecc.
Includere strumenti di misura elettrici e alcuni dispositivi (relè, ecc.) in circuiti elettrici ad alta tensione o in circuiti attraverso i quali passano grandi correnti, al fine di espandere i limiti di misurazione e garantire la sicurezza elettrica. (trasformatori di misura)

2. Classificazione

Classificazione del trasformatore:

Su appuntamento: energia generale (utilizzata nelle linee di trasmissione e distribuzione di energia) e applicazioni speciali (forni, raddrizzatori, saldature, trasformatori radio).
Per tipo di raffreddamento: con raffreddamento ad aria (trasformatori a secco) e ad olio (trasformatori in olio).
In base al numero di fasi sul lato primario: monofase e trifase.
Secondo la forma del circuito magnetico: asta, corazzato, toroidale.
In base al numero di avvolgimenti per fase: due avvolgimenti, tre avvolgimenti, multi-avvolgimento (più di tre avvolgimenti).
Secondo il disegno degli avvolgimenti: con avvolgimenti concentrici e alternati (a disco).

3. Dispositivo

Il trasformatore più semplice (trasformatore monofase) è un dispositivo costituito da un nucleo in acciaio e due avvolgimenti.

Il principio del dispositivo di un trasformatore monofase a due avvolgimenti
Il nucleo magnetico è il sistema magnetico del trasformatore, attraverso il quale si chiude il flusso magnetico principale.
Quando viene applicata una tensione alternata all'avvolgimento primario, nell'avvolgimento secondario viene indotta una forza elettromagnetica della stessa frequenza. Se un ricevitore elettrico è collegato all'avvolgimento secondario, al suo interno si forma una corrente elettrica e sui terminali secondari del trasformatore viene stabilita una tensione, che è leggermente inferiore alla FEM e dipende in misura relativamente piccola dal carico.

Simbolo del trasformatore:
a) - un trasformatore con nucleo in acciaio, b) - un trasformatore con nucleo in ferrite

4. Caratteristiche del trasformatore

La potenza nominale di un trasformatore è la potenza per la quale è progettato.
Tensione primaria nominale: la tensione per la quale è progettato l'avvolgimento primario del trasformatore.
Tensione secondaria nominale - la tensione ai terminali dell'avvolgimento secondario, ottenuta quando il trasformatore è al minimo e la tensione nominale ai terminali dell'avvolgimento primario.
Le correnti nominali sono determinate dai rispettivi valori nominali di potenza e tensione.
La tensione nominale più alta del trasformatore è la più alta delle tensioni nominali degli avvolgimenti del trasformatore.
La tensione nominale più bassa è la più piccola delle tensioni nominali degli avvolgimenti del trasformatore.
Tensione nominale media - tensione nominale, che è intermedia tra la tensione nominale più alta e quella più bassa degli avvolgimenti del trasformatore.

5. Modalità

5.1 Al minimo

Modalità inattiva - la modalità di funzionamento del trasformatore, in cui l'avvolgimento secondario del trasformatore è aperto e la tensione alternata viene applicata ai terminali dell'avvolgimento primario.

Una corrente scorre nell'avvolgimento primario di un trasformatore collegato a una sorgente di corrente alternata, a seguito della quale nel nucleo appare un flusso magnetico alternato Φ penetrando in entrambi gli avvolgimenti. Poiché Φ è lo stesso in entrambi gli avvolgimenti del trasformatore, la variazione Φ porta alla comparsa della stessa EMF di induzione in ogni giro degli avvolgimenti primari e secondari. Valore istantaneo della fem di induzione e in ogni giro degli avvolgimenti è lo stesso ed è determinato dalla formula:

dove è l'ampiezza della FEM in un giro.
L'ampiezza dell'EMF di induzione negli avvolgimenti primario e secondario sarà proporzionale al numero di spire nell'avvolgimento corrispondente:

Dove N1 E N2- il numero di giri in essi contenuti.
La caduta di tensione attraverso l'avvolgimento primario, come attraverso un resistore, è molto piccola rispetto a ε1, e quindi per i valori efficaci della tensione al primario U1 e secondario U2 avvolgimenti, sarà vera la seguente espressione:

K- rapporto di trasformazione. A K>1 trasformatore step-down e quando K<1 - повышающий.

5.2 Modalità di cortocircuito

Modalità cortocircuito - una modalità in cui le uscite dell'avvolgimento secondario sono chiuse da un conduttore di corrente con una resistenza pari a zero ( Z=0).

Un cortocircuito del trasformatore in condizioni operative crea una modalità di emergenza, poiché la corrente secondaria, e quindi quella primaria, aumenta di diverse decine di volte rispetto a quella nominale. Pertanto, nei circuiti con trasformatori, è prevista una protezione che, in caso di cortocircuito, spegne automaticamente il trasformatore.

Bisogna distinguere due modalità di cortocircuito:

Modalità di emergenza - quando l'avvolgimento secondario è chiuso alla tensione primaria nominale. Con un tale circuito, le correnti aumentano di un fattore 15-20. L'avvolgimento è deformato e l'isolamento è carbonizzato. Anche il ferro brucia. Questa è la modalità difficile. La protezione massima e del gas disconnette il trasformatore dalla rete in caso di cortocircuito di emergenza.

Una modalità di cortocircuito sperimentale è una modalità in cui l'avvolgimento secondario è cortocircuitato e una tensione così ridotta viene fornita all'avvolgimento primario, quando la corrente nominale scorre attraverso gli avvolgimenti: questo è UK- tensione di cortocircuito.

In condizioni di laboratorio è possibile eseguire un cortocircuito di prova del trasformatore. In questo caso, espressa in percentuale, la tensione UK, A Io 1 \u003d Io 1nom designare UK e si chiama tensione di cortocircuito del trasformatore:

Dove U 1 nom- tensione primaria nominale.

Questa è la caratteristica del trasformatore, indicata nel passaporto.

5.3 Modalità di caricamento

La modalità di carico del trasformatore è la modalità di funzionamento del trasformatore in presenza di correnti in almeno due dei suoi avvolgimenti principali, ciascuno dei quali è chiuso ad un circuito esterno, mentre le correnti che fluiscono in due o più avvolgimenti in modalità di riposo sono non presi in considerazione:

Se una tensione è collegata all'avvolgimento primario del trasformatore U1 e collegare l'avvolgimento secondario al carico, negli avvolgimenti appariranno correnti io 1 E io 2. Queste correnti creeranno flussi magnetici Φ1 E Φ2 diretti l'uno verso l'altro. Il flusso magnetico totale nel circuito magnetico diminuisce. Di conseguenza, l'EMF indotto dal flusso totale ε1 E ε 2 diminuire. Tensione efficace U1 Rimane invariato. Diminuire ε1 provoca un aumento della corrente io 1:

Con corrente crescente io 1 fluire Φ1 aumenta quanto basta per compensare l'effetto smagnetizzante del flusso Φ2. L'equilibrio viene nuovamente ripristinato praticamente allo stesso valore della portata totale.

IV. Trasmissione dell'elettricità

La trasmissione dell'elettricità dalla centrale elettrica ai consumatori è uno dei compiti più importanti dell'industria energetica.
La trasmissione dell'elettricità viene effettuata prevalentemente tramite linee di trasmissione aeree CA (TL), anche se si registra una tendenza verso un utilizzo crescente di linee via cavo e linee CC.

La necessità di trasmettere elettricità a distanza è dovuta al fatto che l'elettricità è generata da grandi centrali elettriche con unità potenti e viene consumata da consumatori di energia relativamente bassa distribuiti su una vasta area. La tendenza alla concentrazione delle capacità di generazione si spiega con il fatto che con la loro crescita diminuiscono i costi relativi per la costruzione delle centrali elettriche e diminuisce il costo dell'elettricità generata.
Il posizionamento di potenti centrali elettriche viene effettuato tenendo conto di una serie di fattori, come la disponibilità delle risorse energetiche, il loro tipo, le riserve e le possibilità di trasporto, le condizioni naturali, la capacità di lavorare come parte di un unico sistema energetico, ecc. Spesso tali centrali elettriche risultano significativamente lontane dai principali centri di consumo di elettricità. Il funzionamento di sistemi elettrici unificati che coprono vasti territori dipende dall’efficienza della trasmissione di energia elettrica a distanza.
È necessario trasferire l'elettricità dai luoghi di produzione ai consumatori con perdite minime. La ragione principale di queste perdite è la conversione di parte dell'elettricità nell'energia interna dei fili, il loro riscaldamento.

Secondo la legge di Joule-Lenz, la quantità di calore Q, rilasciato durante il tempo t nel conduttore dalla resistenza R durante il passaggio della corrente IO, equivale:

Dalla formula consegue che per ridurre il riscaldamento dei fili, è necessario ridurre la corrente in essi e la loro resistenza. Per ridurre la resistenza dei cavi aumentarne il diametro, tuttavia i cavi molto spessi sospesi tra i supporti delle linee elettriche possono rompersi sotto l'azione della gravità, soprattutto durante le nevicate. Inoltre, con l'aumento dello spessore dei fili, il loro costo aumenta e sono realizzati in un metallo relativamente costoso: il rame. Pertanto, un modo più efficace per ridurre al minimo le perdite di energia nella trasmissione di elettricità è ridurre la corrente nei cavi.
Pertanto, al fine di ridurre il riscaldamento dei cavi durante la trasmissione di elettricità su lunghe distanze, è necessario ridurre al minimo la corrente al loro interno.
La potenza attuale è uguale al prodotto della forza attuale e della tensione:

Pertanto, per risparmiare energia trasmessa su lunghe distanze, è necessario aumentare la tensione della stessa quantità di cui è stata ridotta la corrente nei fili:

Dalla formula ne consegue che a valori costanti della potenza trasmessa della corrente e della resistenza dei fili, le perdite di riscaldamento nei fili sono inversamente proporzionali al quadrato della tensione nella rete. Pertanto, per trasmettere elettricità su distanze di diverse centinaia di chilometri, vengono utilizzate linee elettriche ad alta tensione (TL), la cui tensione tra i fili è di decine e talvolta centinaia di migliaia di volt.
Con l'aiuto delle linee elettriche, le centrali elettriche vicine vengono combinate in un'unica rete, chiamata sistema elettrico. Il Sistema energetico unificato della Russia comprende un numero enorme di centrali elettriche controllate da un unico centro e fornisce alimentazione ininterrotta ai consumatori.

V. GOELRO

1. Storia

GOELRO (Commissione statale per l'elettrificazione della Russia) è un organismo creato il 21 febbraio 1920 per sviluppare un progetto per l'elettrificazione della Russia dopo la Rivoluzione d'Ottobre del 1917.

Ai lavori della commissione hanno partecipato più di 200 scienziati e tecnici. G.M. era a capo della commissione. Krzhizhanovsky. Il Comitato Centrale del Partito Comunista e personalmente il quotidiano V. I. Lenin diressero i lavori della commissione GOELRO, determinando le principali disposizioni fondamentali del piano di elettrificazione del Paese.

Entro la fine del 1920, la commissione aveva svolto un'enorme mole di lavoro e preparato il Piano per l'elettrificazione della RSFSR, un volume di 650 pagine di testo con mappe e schemi per l'elettrificazione delle regioni.
Il piano GOELRO, progettato per 10-15 anni, ha implementato le idee di Lenin di elettrificare l'intero paese e creare una grande industria.
Nel campo dell'economia dell'energia elettrica, il piano consisteva in un programma volto al ripristino e alla ricostruzione dell'industria elettrica prebellica, alla costruzione di 30 centrali elettriche regionali e alla costruzione di potenti centrali termiche regionali. Per l'epoca si prevedeva di dotare le centrali elettriche di grandi caldaie e turbine.
Una delle idee principali del piano era l'uso diffuso delle vaste risorse idroelettriche del paese. Si prevedeva una ricostruzione radicale sulla base dell'elettrificazione di tutti i rami dell'economia nazionale del paese, e principalmente per la crescita dell'industria pesante e la distribuzione razionale dell'industria in tutto il paese.
L'attuazione del piano GOELRO è iniziata nelle difficili condizioni della guerra civile e della devastazione economica.

Dal 1947 l'URSS è al primo posto in Europa e al secondo posto nel mondo in termini di produzione di elettricità.

Il piano GOELRO ha avuto un ruolo enorme nella vita del nostro Paese: senza di esso non sarebbe stato possibile portare l'URSS in così poco tempo tra i paesi più industrialmente sviluppati del mondo. L’attuazione di questo piano ha plasmato l’intera economia nazionale e la determina ancora in gran parte.

L'elaborazione e l'attuazione del piano GOELRO sono diventate possibili unicamente grazie alla combinazione di numerosi fattori oggettivi e soggettivi: il notevole potenziale industriale ed economico della Russia prerivoluzionaria, l'alto livello della scuola scientifica e tecnica russa, la concentrazione di tutti potere economico e politico, la sua forza e volontà, ma anche la tradizionale mentalità conciliare-comunitaria del popolo e il suo atteggiamento obbediente e fiducioso nei confronti dei governanti supremi.
Il piano GOELRO e la sua attuazione hanno dimostrato l’elevata efficienza del sistema di pianificazione statale in condizioni di potere rigidamente centralizzato e hanno predeterminato lo sviluppo di questo sistema per molti decenni a venire.

2. Risultati

Alla fine del 1935 il programma di costruzione elettrica era stato più volte superato.

Invece di 30, furono costruite 40 centrali elettriche regionali, nelle quali, insieme ad altre grandi centrali industriali, furono commissionate 6.914mila kW di capacità (di cui 4.540mila kW regionali, quasi tre volte di più rispetto al piano GOELRO).
Nel 1935 tra le centrali regionali si contavano 13 centrali da 100.000 kW.

Prima della rivoluzione, la capacità della più grande centrale elettrica della Russia (la prima a Mosca) era di soli 75mila kW; non c'era una sola grande centrale idroelettrica. All'inizio del 1935 la capacità totale installata delle centrali idroelettriche aveva raggiunto quasi 700.000 kW.
Fu costruita la più grande del mondo a quel tempo: la centrale idroelettrica del Dnepr, Svirskaya 3rd, Volkhovskaya, ecc .. Nel punto più alto del suo sviluppo, il sistema energetico unificato dell'URSS per molti aspetti ha superato i sistemi energetici dei paesi sviluppati paesi dell’Europa e dell’America.

Prima della rivoluzione nei villaggi l’elettricità era praticamente sconosciuta. I grandi proprietari terrieri installarono piccole centrali elettriche, ma il loro numero era limitato.

L'elettricità cominciò ad essere utilizzata in agricoltura: nei mulini, nei tagliatori di foraggio, nelle macchine per la pulizia del grano e nelle segherie; nell'industria e, successivamente, nella vita di tutti i giorni.

Elenco della letteratura usata

Venikov V. A., Trasmissione di potenza a lunga distanza, M.-L., 1960;
Sovalov S. A., Modalità di trasmissione della potenza 400-500 kv. EES, M., 1967;
Bessonov, L.A. Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica. Circuiti elettrici: libro di testo / L.A. Bessonov. - 10a ed. — M.: Gardariki, 2002.
Ingegneria elettrica: complesso educativo e metodico. /E. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodianko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Yakovlev; A cura di N.V. Klinacheva. - Čeljabinsk, 2006-2008.
Impianti elettrici, v. 3 - Trasmissione di potenza mediante corrente alternata e continua dell'alta tensione, M., 1972.

Siamo spiacenti, non è stato trovato nulla.

È difficile sopravvalutare l’importanza dell’elettricità. Piuttosto, inconsciamente lo sottovalutiamo. Dopotutto, quasi tutte le apparecchiature che ci circondano sono alimentate dalla rete elettrica. Non è necessario parlare di illuminazione elementare. Ma praticamente non siamo interessati alla produzione di elettricità. Da dove viene l'elettricità e come viene immagazzinata (e in generale è possibile risparmiarla)? Quanto costa realmente generare elettricità? E quanto è sicuro per l’ambiente?

Importanza economica

Dai banchi di scuola sappiamo che l'energia elettrica è uno dei fattori principali per ottenere un'elevata produttività del lavoro. L’industria dell’energia elettrica è il fulcro di tutta l’attività umana. Non c’è settore che possa farne a meno.

Lo sviluppo di questo settore indica l'elevata competitività dello Stato, caratterizza il tasso di crescita della produzione di beni e servizi e quasi sempre risulta essere un settore problematico dell'economia. Il costo della generazione di elettricità spesso consiste in un investimento iniziale significativo che verrà ripagato nel corso di molti anni. Nonostante tutte le sue risorse, la Russia non fa eccezione. Dopotutto, le industrie ad alta intensità energetica rappresentano una quota significativa dell’economia.

Le statistiche ci dicono che nel 2014 la produzione di elettricità della Russia non ha ancora raggiunto il livello sovietico del 1990. Rispetto a Cina e Stati Uniti, la Federazione Russa produce – rispettivamente – 5 e 4 volte meno elettricità. Perché sta succedendo? Gli esperti sostengono che questo è ovvio: i più alti costi di non produzione.

Chi consuma energia elettrica

Naturalmente la risposta è ovvia: ogni persona. Ma ora siamo interessati alla scala industriale e, quindi, a quelle industrie che necessitano principalmente di elettricità. La quota principale ricade sul settore: circa il 36%; Complesso di combustibili ed energia (18%) e settore residenziale (poco più del 15%). Il restante 31% dell’elettricità generata proviene dalle industrie non manifatturiere, dai trasporti ferroviari e dalle perdite di rete.

Allo stesso tempo, va tenuto presente che, a seconda della regione, la struttura del consumo varia in modo significativo. Quindi, in Siberia, infatti, oltre il 60% dell'elettricità viene utilizzata dall'industria e dal complesso di combustibili ed energia. Ma nella parte europea del paese, dove si trovano numerosi insediamenti, il consumatore più potente è il settore residenziale.

Le centrali elettriche sono la spina dorsale del settore

La produzione di elettricità in Russia è fornita da quasi 600 centrali elettriche. La potenza di ciascuno supera i 5 MW. La capacità totale di tutte le centrali elettriche è di 218 GW. Come otteniamo l'elettricità? In Russia vengono utilizzati i seguenti tipi di centrali elettriche:

termico (la loro quota sulla produzione totale è di circa il 68,5%);
idraulico (20,3%);
nucleare (quasi l’11%);
alternativa (0,2%).

Quando si parla di fonti alternative di elettricità vengono in mente immagini romantiche di mulini a vento e pannelli solari. Tuttavia, in determinate condizioni e località, questi sono i tipi di generazione di elettricità più redditizi.

Centrali termoelettriche

Storicamente, le centrali termoelettriche (TPP) hanno svolto un ruolo importante nel processo produttivo. Sul territorio della Russia, i TPP che forniscono la produzione di energia elettrica sono classificati secondo i seguenti criteri:

fonte di energia: combustibile fossile, energia geotermica o solare;
tipo di energia generata: estrazione del calore, condensazione.

Un altro indicatore importante è il grado di partecipazione alla copertura del programma di carico elettrico. Qui vengono assegnate centrali termoelettriche di base con un tempo di funzionamento minimo di 5000 ore annue; semi-picco (sono anche chiamati manovrabili) - 3000-4000 ore all'anno; picco (utilizzato solo nelle ore di punta) - 1500-2000 ore all'anno.

Tecnologia per la produzione di energia da combustibile

Naturalmente, la maggior parte della produzione, trasmissione e utilizzo dell’elettricità da parte dei consumatori avviene a scapito dei TPP che operano con combustibili fossili. Si distinguono per tecnologia di produzione:

turbina a vapore;
diesel;
turbina a gas;
vapore-gas.

Le turbine a vapore sono le più comuni. Funzionano con tutti i tipi di combustibile, inclusi non solo carbone e gas, ma anche olio combustibile, torba, scisti bituminosi, legna da ardere e scarti di legno, nonché prodotti trasformati.

combustibile organico

Il maggior volume di produzione di elettricità è rappresentato dalla Surgutskaya GRES-2, la più potente non solo nella Federazione Russa, ma anche nell'intero continente eurasiatico. Funzionando a gas naturale, produce fino a 5600 MW di elettricità. E tra gli impianti a carbone, Reftinskaya GRES ha la capacità più alta: 3800 MW. Più di 3.000 MW possono essere generati anche da Kostroma e Surgutskaya GRES-1. Va notato che l'abbreviazione GRES non è cambiata dai tempi dell'Unione Sovietica. Sta per Centrale elettrica del distretto statale.

Durante la riforma del settore, la produzione e la distribuzione di elettricità nelle centrali termoelettriche dovrebbero essere accompagnate dalla riattrezzatura tecnica delle centrali esistenti e dalla loro ricostruzione. Tra i compiti prioritari figura anche la costruzione di nuovi impianti di produzione di energia.

Elettricità da fonti rinnovabili

L'elettricità generata dalle centrali idroelettriche è un elemento essenziale per la stabilità del sistema energetico unificato dello Stato. Si tratta di centrali idroelettriche in grado di aumentare la produzione di elettricità in poche ore.

Il grande potenziale dell'industria idroelettrica russa risiede nel fatto che quasi il 9% delle riserve idriche mondiali si trova nel territorio del paese. Questa è la seconda più grande risorsa idroelettrica al mondo. Paesi come Brasile, Canada e Stati Uniti restano indietro. La produzione di elettricità nel mondo a scapito delle centrali idroelettriche è alquanto complicata dal fatto che i luoghi più favorevoli per la loro costruzione sono significativamente lontani dagli insediamenti o dalle imprese industriali.

Nonostante ciò, grazie all’elettricità generata dalle centrali idroelettriche, il Paese riesce a risparmiare circa 50 milioni di tonnellate di carburante. Se fosse possibile sfruttare tutto il potenziale dell’energia idroelettrica, la Russia potrebbe risparmiare fino a 250 milioni di tonnellate. E questo è già un serio investimento nell'ecologia del Paese e nella capacità flessibile del sistema energetico.

Stazioni idroelettriche

La costruzione di una centrale idroelettrica risolve molte problematiche non legate alla generazione di energia. Ciò include la creazione di sistemi di approvvigionamento idrico e igienico-sanitari per intere regioni, la costruzione di reti di irrigazione, così necessarie per l'agricoltura, il controllo delle inondazioni, ecc. Quest'ultima, tra l'altro, non ha poca importanza per la sicurezza delle persone.

La produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica è attualmente effettuata da 102 centrali idroelettriche, la cui capacità unitaria supera i 100 MW. La capacità totale degli impianti idroelettrici in Russia si avvicina ai 46 GW.

I paesi in base alla produzione di elettricità compilano regolarmente le loro valutazioni. Pertanto, la Russia è ora al 5° posto nel mondo nella produzione di elettricità da risorse rinnovabili. Gli impianti più significativi dovrebbero essere considerati l'impianto HPP di Zeya (non è solo il primo costruito in Estremo Oriente, ma anche piuttosto potente - 1330 MW), la cascata delle centrali elettriche Volga-Kama (la produzione totale e la trasmissione di elettricità è superiore a 10,5 GW), la centrale idroelettrica Bureyskaya (2010 MW), ecc. Separatamente, vorrei menzionare le centrali idroelettriche caucasiche. Tra le decine di impianti operanti in questa regione, spicca il nuovo impianto idroelettrico di Kashkhatau (già messo in funzione) con una capacità di oltre 65 MW.

Gli impianti idroelettrici geotermici della Kamchatka meritano un'attenzione speciale. Queste sono stazioni molto potenti e mobili.

Le centrali idroelettriche più potenti

Come già osservato, la produzione e l'utilizzo dell'energia elettrica sono ostacolati dalla lontananza dei principali consumatori. Tuttavia, lo stato è impegnato a sviluppare questo settore. Non si ricostruiscono solo quelli esistenti, ma se ne costruiscono anche di nuovi. Devono dominare i fiumi di montagna del Caucaso, i fiumi Urali con acque alte, nonché le risorse della penisola di Kola e della Kamchatka. Tra le più potenti si segnalano diverse centrali idroelettriche.

Sayano-Shushenskaya loro. P. S. Neporozhny è stato costruito nel 1985 sul fiume Yenisei. La sua capacità attuale non raggiunge ancora i 6.000 MW stimati a causa della ricostruzione e riparazione dopo l'incidente del 2009.

La produzione e il consumo di elettricità da parte dell'HPP di Krasnoyarsk sono progettati per lo smelter di alluminio di Krasnoyarsk. Questo è l'unico "cliente" dell'HPP commissionato nel 1972. La sua capacità progettuale è di 6000 MW. L'impianto HPP di Krasnoyarsk è l'unico con un ascensore per navi installato. Fornisce una navigazione regolare sul fiume Yenisei.

L'impianto idroelettrico di Bratsk è stato messo in funzione nel 1967. La sua diga blocca il fiume Angara vicino alla città di Bratsk. Come la centrale idroelettrica di Krasnoyarsk, la centrale idroelettrica di Bratskaya funziona per le esigenze dello stabilimento di alluminio di Bratsk. A lui vanno tutti i 4.500 MW di elettricità. E il poeta Yevtushenko ha dedicato una poesia a questa centrale idroelettrica.

Un'altra centrale idroelettrica si trova sul fiume Angara - Ust-Ilimskaya (con una capacità di poco più di 3800 MW). La sua costruzione iniziò nel 1963 e terminò nel 1979. Allo stesso tempo, è iniziata la produzione di elettricità a basso costo per i principali consumatori: gli stabilimenti di alluminio di Irkutsk e Bratsk, l'impianto di costruzione di aerei di Irkutsk.

L'HPP Volzhskaya si trova a nord di Volgograd. La sua capacità è di quasi 2600 MW. La più grande centrale idroelettrica d’Europa è operativa dal 1961. Non lontano da Togliatti opera la “più antica” delle grandi centrali idroelettriche, la Zhigulevskaya. Fu messo in funzione nel 1957. La capacità HPP di 2.330 MW copre il fabbisogno elettrico della Russia centrale, degli Urali e del Medio Volga.

Ma la produzione di energia necessaria per le esigenze dell'Estremo Oriente è fornita dalla Bureyskaya HPP. Possiamo dire che è ancora piuttosto "giovane": la messa in servizio è avvenuta solo nel 2002. La capacità installata di questa centrale idroelettrica è di 2.010 MW di elettricità.

Centrali idroelettriche offshore sperimentali

Numerose baie oceaniche e marine hanno anche un potenziale idroelettrico. Dopotutto, la differenza di altezza durante l'alta marea nella maggior parte di essi supera i 10 metri. E questo significa che puoi generare un'enorme quantità di energia. Nel 1968 fu aperta la stazione sperimentale delle maree Kislogubskaya. La sua capacità è di 1,7 MW.

Atomo pacifico

L’industria nucleare russa è una tecnologia a ciclo completo: dall’estrazione del minerale di uranio alla generazione di elettricità. Oggi il paese dispone di 33 centrali elettriche in 10 centrali nucleari. La capacità totale installata è di poco superiore ai 23 MW.

La quantità massima di elettricità generata dalle centrali nucleari è stata nel 2011. La cifra era di 173 miliardi di kWh. La produzione di elettricità pro capite da parte delle centrali nucleari è aumentata dell’1,5% rispetto all’anno precedente.

Naturalmente, la priorità nello sviluppo dell'energia nucleare è la sicurezza operativa. Ma le centrali nucleari svolgono un ruolo significativo nella lotta al riscaldamento globale. Gli ambientalisti ne parlano costantemente, sottolineando che solo in Russia è possibile ridurre le emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera di 210 milioni di tonnellate all'anno.

L'energia nucleare è stata sviluppata soprattutto nel Nord-Ovest e nella parte europea della Russia. Nel 2012, tutte le centrali nucleari hanno generato circa il 17% di tutta l’elettricità generata.

Centrali nucleari in Russia

La più grande centrale nucleare della Russia si trova nella regione di Saratov. La capacità annuale della centrale nucleare di Balakovo è di 30 miliardi di kWh di elettricità. Nella centrale nucleare di Beloyarsk (regione di Sverdlovsk), attualmente è operativa solo la terza unità. Ma questo ci permette anche di definirlo uno dei più potenti. 600 MW di elettricità sono generati da un reattore a neutroni veloci. Vale la pena notare che è stata la prima centrale elettrica al mondo a neutroni veloci, installata per produrre elettricità su scala industriale.

A Chukotka è stata installata la centrale nucleare di Bilibino, che produce 12 MW di elettricità. E la centrale nucleare di Kalinin può essere considerata di recente costruzione. La sua prima unità è stata messa in funzione nel 1984 e l'ultima (la quarta) unità è stata messa in funzione solo nel 2010. La capacità totale di tutte le unità di potenza è di 1000 MW. Nel 2001, la centrale nucleare di Rostov è stata costruita e messa in funzione. Da quando è stata collegata la seconda centrale, nel 2010, la sua capacità installata ha superato i 1.000 MW e il fattore di utilizzo della capacità è stato pari al 92,4%.

energia eolica

Il potenziale economico dell’industria dell’energia eolica in Russia è stimato a 260 miliardi di kWh all’anno. Si tratta di quasi il 30% di tutta l’elettricità prodotta oggi. La capacità di tutte le turbine eoliche operative nel paese è di 16,5 MW di energia.

Particolarmente favorevoli per lo sviluppo di questo settore sono regioni come la costa degli oceani, le colline pedemontane e le regioni montuose degli Urali e del Caucaso.

L’energia elettrica presenta innegabili vantaggi rispetto a tutti gli altri tipi di energia. Può essere trasmesso su cavi su lunghe distanze con perdite relativamente basse e distribuito convenientemente tra i consumatori. La cosa principale è che con l'aiuto di dispositivi abbastanza semplici, questa energia può essere facilmente convertita in qualsiasi altra forma: meccanica, interna (riscaldamento dei corpi), energia luminosa. L’energia elettrica presenta innegabili vantaggi rispetto a tutti gli altri tipi di energia. Può essere trasmesso su cavi su lunghe distanze con perdite relativamente basse e distribuito convenientemente tra i consumatori. La cosa principale è che con l'aiuto di dispositivi abbastanza semplici, questa energia può essere facilmente convertita in qualsiasi altra forma: meccanica, interna (riscaldamento dei corpi), energia luminosa.

Vantaggio dell'energia elettrica Trasferibile tramite fili Trasferibile tramite fili Trasformabile Trasformabile Facilmente convertibile in altri tipi di energia Facilmente convertibile in altri tipi di energia Facilmente ottenibile da altri tipi di energia Facilmente ottenibile da altri tipi di energia

Generatore - Un dispositivo che converte l'energia di un tipo o dell'altro in energia elettrica. Un dispositivo che converte una qualche forma di energia in energia elettrica. I generatori includono celle galvaniche, macchine elettrostatiche, termobatterie, batterie solari I generatori includono celle galvaniche, macchine elettrostatiche, termobatterie, batterie solari

Funzionamento del generatore L'energia può essere generata ruotando una bobina nel campo di un magnete permanente o posizionando la bobina in un campo magnetico variabile (ruotare il magnete, lasciando la bobina ferma). L'energia può essere generata ruotando la bobina nel campo di un magnete permanente o posizionando la bobina in un campo magnetico variabile (ruotare il magnete, lasciando la bobina immobile).

Importanza del generatore nella produzione di energia elettrica Le parti più importanti del generatore sono realizzate con grande precisione. Da nessuna parte in natura esiste una tale combinazione di parti mobili in grado di generare energia elettrica in modo così continuo ed economico. Le parti più importanti del generatore sono realizzate in modo molto accurato. Da nessuna parte in natura esiste una tale combinazione di parti mobili in grado di generare energia elettrica in modo così continuo ed economico.

Come è organizzato un trasformatore? È costituito da un nucleo chiuso in acciaio, assemblato da piastre, sul quale sono inserite due bobine con avvolgimenti di filo. L'avvolgimento primario è collegato a una sorgente di tensione CA. Un carico è collegato all'avvolgimento secondario.

Le centrali nucleari producono il 17% della produzione mondiale. All'inizio del 21° secolo sono in funzione 250 centrali nucleari e 440 centrali nucleari. Soprattutto USA, Francia, Giappone, Germania, Russia, Canada. Il concentrato di uranio (U3O8) è concentrato nei seguenti paesi: Canada, Australia, Namibia, Stati Uniti, Russia. Centrali elettriche nucleari

Confronto tra tipologie di centrali Tipi di centrali Emissioni di sostanze nocive nell'atmosfera, kg Area occupata Consumo di acqua pulita m 3 Scarico di acqua sporca, m 3 Costi per la protezione dell'ambiente % CHP: carbone 251.5600.530 CHP: olio combustibile 150.8350 ,210 HPP NPP --900.550 WPP10--1 SPP-2--- BES10-200.210

Schemi tecnologici e indicatori ambientali della produzione di energia elettrica nelle centrali termiche e nucleari, centrali termiche ed eoliche. Tendenze moderne nello sviluppo del settore dell'energia elettrica.

Industria energetica- il settore energetico, che comprende la produzione, trasmissione e vendita di energia elettrica. L'industria dell'energia elettrica è il ramo più importante dell'industria energetica, il che si spiega con i vantaggi dell'elettricità rispetto ad altri tipi di energia, come la relativa facilità di trasmissione su lunghe distanze, la distribuzione tra i consumatori e la conversione in altri tipi di energia (meccanica , termica, chimica, luminosa, ecc.). Una caratteristica distintiva dell'energia elettrica è la pratica simultaneità della sua generazione e del suo consumo, poiché la corrente elettrica si propaga attraverso le reti a una velocità prossima a quella della luce.

Digressione storica: l'energia elettrica per lungo tempo è stata solo oggetto di esperimenti e non ha avuto alcuna applicazione pratica. I primi tentativi di utilizzo vantaggioso dell'elettricità risalgono alla seconda metà del XIX secolo, i principali settori di utilizzo erano il telegrafo di recente invenzione, la galvanica e il settore militare. Inizialmente, le celle galvaniche servivano come fonti di elettricità. Una svolta significativa nella distribuzione di massa dell'elettricità è stata l'invenzione delle fonti di energia elettrica delle macchine elettriche: i generatori. Rispetto alle celle galvaniche, i generatori avevano più potenza e vita utile, erano significativamente più economici e consentivano di impostare arbitrariamente i parametri della corrente generata. Fu con l'avvento dei generatori che iniziarono ad apparire le prime centrali e reti elettriche: l'industria dell'energia elettrica divenne un settore separato. La prima linea di trasmissione della storia (in senso moderno) fu la linea Laufen-Francoforte, che iniziò a funzionare nel 1891. La lunghezza della linea era di 170 km, tensione 28,3 kV, potenza trasmessa 220 kW. Un passo importante fu l'invenzione del tram elettrico: i sistemi tranviari erano grandi consumatori di energia elettrica e stimolarono l'aumento della capacità delle stazioni elettriche. In molte città furono costruite le prime stazioni elettriche insieme ai sistemi tranviari.

L'inizio del XX secolo fu segnato dalla cosiddetta "guerra delle correnti": il confronto tra i produttori industriali di correnti continue e alternate. La corrente continua e alternata presentava sia vantaggi che svantaggi nell'uso. Il fattore decisivo è stata la capacità di trasmettere su lunghe distanze: la trasmissione della corrente alternata è stata implementata in modo più semplice ed economico, il che ha portato alla sua vittoria in questa "guerra": attualmente la corrente alternata viene utilizzata quasi ovunque. Tuttavia, attualmente ci sono prospettive per un uso diffuso della corrente continua per la trasmissione a lunga distanza di alta potenza.

Trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica

La trasmissione di energia elettrica dalle centrali elettriche ai consumatori viene effettuata attraverso le reti elettriche. Da un punto di vista tecnico la rete elettrica è un insieme di linee elettriche (TL) e di trasformatori ubicati presso le sottostazioni.

linee elettriche Sono un conduttore metallico attraverso il quale passa la corrente elettrica. L'alimentazione nella stragrande maggioranza dei casi è trifase, quindi la linea elettrica, di norma, è composta da tre fasi, ciascuna delle quali può comprendere più fili. Strutturalmente, le linee elettriche sono divise in aria E cavo.

o Linee elettriche aeree sospesi da terra ad un'altezza di sicurezza su apposite strutture chiamate supporti. Il vantaggio principale delle linee elettriche aeree è la loro relativa economicità rispetto a quelle via cavo. Anche la manutenibilità è molto migliore (soprattutto rispetto alle linee in cavo brushless): non è necessario alcuno scavo per sostituire il filo, l'ispezione visiva dello stato della linea non è difficile. Tuttavia, le linee elettriche aeree presentano una serie di svantaggi: un'ampia precedenza - è vietato costruire strutture e piantare alberi in prossimità delle linee elettriche; esposizione ad influssi esterni, come caduta di alberi sulla linea e furto di cavi. A causa della vulnerabilità, spesso sulla stessa linea aerea sono presenti due circuiti: quello principale e quello di riserva. Scarsa attrattiva estetica; questo è uno dei motivi del passaggio quasi universale alla trasmissione via cavo nelle aree urbane.

Per le linee aeree CA viene adottata la seguente scala di classi di tensione: CA - 0,4, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 400, 500, 750, 1150 kV; permanente - 400, 800 kV

o Linee in cavo (CL) vengono effettuate nel sottosuolo. I cavi elettrici hanno design diversi, ma è possibile identificare elementi comuni. Il nucleo del cavo è costituito da tre nuclei conduttivi (in base al numero di fasi). I cavi hanno un isolamento sia esterno che interno. Di solito l'olio del trasformatore in forma liquida, o la carta oliata, funge da isolante. Il nucleo conduttivo del cavo è solitamente protetto da un'armatura in acciaio. Dall'esterno il cavo è ricoperto di bitume. Il vantaggio principale delle linee di trasmissione via cavo (rispetto alle linee aeree) è l'assenza di un'ampia precedenza. Gli svantaggi delle linee elettriche via cavo includono l'alto costo di costruzione e il successivo funzionamento. Le linee via cavo sono meno accessibili per l'osservazione visiva.

Linee CA.

La maggior parte dell'energia viene trasmessa attraverso le linee elettriche CA.

Le linee di trasmissione CA presentano un vantaggio molto importante: in qualsiasi punto lungo la linea, un trasformatore abbassatore collegato alla linea trasmette energia ai consumatori.

Svantaggi delle linee CA: la presenza di resistenza induttiva della linea, che è associata al fenomeno dell'induzione elettromagnetica. La reattanza induttiva compromette significativamente la trasmissione dell'elettricità nella linea, poiché porta ad una diminuzione della tensione nel percorso dalla sorgente al consumatore. L'induttanza di linea provoca uno sfasamento tra le fluttuazioni di corrente e di tensione. Per ridurre la resistenza induttiva vengono utilizzati vari metodi: a) ad esempio, nella linea della batteria sono inclusi dei condensatori; b) dividere un filo in più, il che porta ad una diminuzione della resistenza induttiva della linea.

B) L'elettricità può essere trasmessa e su linee elettriche CC.

Le linee elettriche CC presentano vantaggi rispetto alle linee CA. Innanzitutto non c'è reattanza induttiva quando si passa corrente continua. Inoltre, minor consumo di metallo dei fili (nelle linee di corrente trifase vengono utilizzati due fili invece di tre); minore perdita di effetto corona, quindi minori interferenze radio. Infine, la cosa principale è che l'uso della corrente continua nelle linee elettriche consente uno straordinario aumento della stabilità del sistema elettrico, che nel caso della corrente alternata richiede un rigoroso sincronismo, la costanza della frequenza di tutti i generatori inclusi nel comune sistema. Per la corrente continua questo problema non esiste.

Centrale nucleare (NPP)

Centrale nucleare (NPP)- un complesso di strutture tecniche progettate per generare energia elettrica utilizzando l'energia rilasciata durante una reazione nucleare controllata.

Le centrali nucleari sono classificate in base ai reattori su di esse installati:

Reattori a neutroni termici che utilizzano moderatori speciali per aumentare la probabilità di assorbimento di un neutrone da parte dei nuclei degli atomi di combustibile

ü Reattori ad acqua leggera

ü Reattori ad acqua pesante

Reattori a neutroni veloci
Reattori subcritici che utilizzano sorgenti di neutroni esterne
Reattori a fusione

In base al tipo di energia fornita, le centrali nucleari possono essere suddivise in:

Centrali nucleari (NPP) progettate per generare esclusivamente elettricità
Centrali nucleari di cogenerazione (NPP) che generano sia elettricità che calore

La figura mostra uno schema del funzionamento di una centrale nucleare con un reattore di potenza a doppio circuito raffreddato ad acqua. L'energia rilasciata nel nocciolo del reattore viene trasferita al refrigerante primario. Successivamente, il liquido refrigerante entra nello scambiatore di calore (generatore di vapore), dove riscalda fino all'ebollizione l'acqua del circuito secondario. Il vapore risultante entra nelle turbine che fanno ruotare i generatori elettrici. All'uscita delle turbine, il vapore entra nel condensatore, dove viene raffreddato da una grande quantità di acqua proveniente dal serbatoio. Oppure, in parole più semplici, il combustibile nucleare decade nel reattore, durante il suo decadimento viene rilasciata energia termica, che fa bollire l'acqua, a sua volta, il vapore che appare fa girare la turbina e fa ruotare il generatore elettrico, che già genera elettricità.

Il compensatore di pressione è una struttura piuttosto complessa e ingombrante, che serve a compensare le fluttuazioni di pressione nel circuito durante il funzionamento del reattore, che si verificano a causa della dilatazione termica del liquido di raffreddamento. La pressione nel 1° circuito può raggiungere fino a 160 atmosfere (VVER-1000).

Oltre all'acqua, anche il sodio fuso o il gas possono essere utilizzati come refrigerante in vari reattori. L'uso del sodio consente di semplificare la progettazione del guscio del nocciolo del reattore (a differenza del circuito dell'acqua, la pressione nel circuito del sodio non supera la pressione atmosferica), di eliminare il compensatore di pressione, ma crea le proprie difficoltà associate a l’aumentata attività chimica di questo metallo.

Il numero totale di circuiti può variare a seconda dei diversi reattori, lo schema in figura è per reattori di tipo VVER (Public Water Power Reactor). I reattori di tipo RBMK (High Power Channel Type Reactor) utilizzano un circuito dell'acqua, mentre i reattori BN (Fast Neutron Reactor) utilizzano due circuiti del sodio e uno dell'acqua.

Se non è possibile utilizzare una grande quantità di acqua per condensare il vapore, invece di utilizzare un serbatoio, l'acqua può essere raffreddata in apposite torri di raffreddamento (torri di raffreddamento), che, per le loro dimensioni, sono solitamente la parte più visibile di una centrale nucleare.

Vantaggi delle centrali nucleari:

Una piccola quantità di carburante utilizzato e possibilità di riutilizzo dopo la lavorazione;

Alta potenza: 1000-1600 MW per unità;
Basso costo dell'energia, soprattutto del calore.
Possibilità di collocamento in regioni situate lontano da grandi risorse energetiche idriche, grandi giacimenti di carbone, in luoghi dove le opportunità per l'uso dell'energia solare o eolica sono limitate.
Durante il funzionamento di una centrale nucleare, una certa quantità di gas ionizzato viene rilasciata nell'atmosfera, ma una centrale termica convenzionale, insieme al fumo, rimuove ancora più emissioni di radiazioni, a causa del contenuto naturale di elementi radioattivi nel carbone.

Svantaggi delle centrali nucleari:

· Il combustibile irradiato è pericoloso e richiede misure di ritrattamento e stoccaggio complesse e costose;

· Modalità di funzionamento indesiderata a potenza variabile per reattori funzionanti con neutroni termici;

· Grandi investimenti di capitale, sia specifici, per 1 MW di capacità installata per unità con una capacità inferiore a 700-800 MW, sia generali, necessari per la costruzione della stazione e delle sue infrastrutture, nonché in caso di possibile liquidazione.

centrali eoliche

generatore eolico(centrale eolica o turbina eolica abbreviata) - un dispositivo per convertire l'energia cinetica del vento in energia elettrica.

Le turbine eoliche possono essere suddivise in due categorie: industriali e domestiche (per uso privato). Quelli industriali sono installati dallo Stato o dalle grandi società energetiche. Di norma, sono combinati in una rete, il risultato è un parco eolico. La sua principale differenza rispetto a quella tradizionale (termica, nucleare) è la completa assenza sia di materie prime che di rifiuti. L’unico requisito importante per un WPP è un livello di vento medio annuo elevato. La potenza delle moderne turbine eoliche raggiunge i 6 MW.

1. Fondazione

2. Armadio di potenza comprensivo di contattori di potenza e circuiti di controllo

4. Scala

5. Meccanismo rotante

6. Gondola

7. Generatore elettrico

8. Sistema di tracciamento della direzione e della velocità del vento (anemometro)

9. Sistema frenante

10. Trasmissione

11. Lame

12. Sistema per modificare l'angolo di attacco della lama

13. Tappo del rotore.

Il principio di funzionamento dei parchi eolici è semplice: il vento fa girare le pale del mulino a vento, mettendo in movimento l'albero del generatore. Questo, a sua volta, genera energia elettrica. Si scopre che i parchi eolici funzionano come macchinine alimentate a batteria, solo che il principio del loro funzionamento è l'opposto. Invece di convertire l’energia elettrica in energia meccanica, l’energia eolica viene convertita in corrente elettrica.

Quali sono gli svantaggi degli impianti eolici?

Innanzitutto, il loro lavoro influisce negativamente sul funzionamento della rete televisiva. Ecco un esempio interessante a questo proposito. Alcuni anni fa iniziarono ad arrivare lamentele insolite da parte degli abitanti delle Isole Orcadi (Regno Unito). Si è scoperto che durante il funzionamento di una stazione eolica costruita su una delle loro colline, si verificano interferenze così forti nel funzionamento della rete televisiva che l'immagine scompare sugli schermi televisivi. La via d'uscita è stata trovata nella costruzione di un potente ripetitore televisivo accanto alla turbina eolica, che ha permesso di amplificare i segnali televisivi. Secondo i rapporti, un impianto eolico da 0,1 MW può causare una distorsione dei segnali televisivi fino a una distanza di 0,5 km.

Un'altra caratteristica inaspettata delle turbine eoliche è che si sono rivelate una fonte di rumore infrasonico piuttosto intenso che influisce negativamente sul corpo umano, causando depressione costante, forte ansia irragionevole e disagio nella vita. Come ha dimostrato l’esperienza di funzionamento di un gran numero di turbine eoliche negli Stati Uniti, né gli animali né gli uccelli possono sopportare questo rumore quando lasciano l’area in cui si trova la stazione, ad es. il territorio della centrale eolica stessa e quello adiacente diventano inadatti alla vita di persone, animali e uccelli.

Tuttavia, lo svantaggio principale di questo tipo di energia, oltre alla variabilità della velocità del vento, è la sua bassa intensità, che richiede una vasta area per ospitare una turbina eolica. Dai calcoli effettuati dagli specialisti risulta che il diametro ottimale per la ruota eolica è di 100 m, con tali dimensioni geometriche e densità di energia per unità di superficie della ruota eolica 500 W / m 2 (velocità del vento 9,2 m / s ), l'energia elettrica può essere ottenuta dal flusso eolico vicino a 1 MW. Su un'area di 1 km 2 possono essere posizionate 2-3 installazioni della potenza specificata, tenendo conto del fatto che devono essere posizionate l'una dall'altra a una distanza pari a tre della loro altezza in modo da non interferire tra loro e non ridurre l’efficienza del loro lavoro.

Supponiamo per la valutazione che 3 impianti si trovino su un'area di 1 km2, cioè Da 1 km2 si possono estrarre 3 MW di energia elettrica. Ciò significa che per ospitare un parco eolico da 1.000 MW di potenza elettrica è necessaria un'area pari a 330 km 2 . Se confrontiamo gli impianti eolici e termici in termini di produzione di energia durante l'anno, il valore risultante dovrebbe essere aumentato di almeno 2-3 volte. Per confronto, segnaliamo che l'area della centrale nucleare di Kursk con una capacità di 4000 MW, insieme alle strutture ausiliarie, un bacino di raffreddamento e un villaggio residenziale, è di 30 km2, vale a dire 1000 MW di energia elettrica corrispondono a 7,5 km2. In altre parole, la dimensione del territorio di un parco eolico per 1000 MW è di 2 ordini di grandezza maggiore dell'area occupata da una moderna centrale nucleare.

Nonostante ciò, alcuni scienziati ritengono che l’energia eolica su larga scala dovrebbe essere sviluppata. Prima della guerra nel nostro Paese funzionavano più di 8.000 turbine eoliche solo nelle fattorie collettive e statali. Nel 1930 sulla base del dipartimento delle turbine eoliche TsAGI, fu creato l'Istituto centrale per l'energia eolica, nel 1938 fu organizzato un ufficio di progettazione per impianti eolici. Negli anni prebellici e dopo la guerra fu sviluppato e prodotto un numero abbastanza elevato (circa 10mila pezzi) di varie turbine eoliche. In numerosi paesi stranieri si sta svolgendo un intenso lavoro sull'uso dell'energia eolica.

Possiamo quindi indicare i seguenti vantaggi e svantaggi dell'energia eolica: nessun effetto sul bilancio termico dell'atmosfera terrestre, consumo di ossigeno, emissioni di anidride carbonica e altri inquinanti, capacità di convertirsi in vari tipi di energia (meccanica, termica, elettrico), ma allo stesso tempo bassa densità di energia, per unità di superficie della ruota eolica; cambiamenti imprevedibili della velocità del vento durante il giorno e la stagione, che richiedono la prenotazione di un parco eolico o l'accumulo dell'energia generata; impatto negativo sull'habitat dell'uomo e degli animali, sulle comunicazioni televisive e sulle rotte migratorie stagionali degli uccelli. L'esperienza nazionale ed estera testimonia la fattibilità tecnica e la fattibilità della costruzione e della gestione di impianti eolici di piccola capacità per villaggi remoti e pascoli remoti, nonché nel settore agricolo.

Centrali termoelettriche

Le più comuni sono le centrali termoelettriche (TPP) che utilizzano l'energia termica rilasciata durante la combustione di combustibili fossili (solidi, liquidi e gassosi).

Le centrali termoelettriche generano circa il 76% dell’elettricità prodotta sul nostro pianeta. Ciò è dovuto alla presenza di combustibili fossili in quasi tutte le aree del nostro pianeta; la possibilità di trasportare combustibile organico dal luogo di produzione alla centrale elettrica situata vicino ai consumatori di energia; progresso tecnico nelle centrali termoelettriche, che garantisce la costruzione di centrali termoelettriche ad alta capacità; la possibilità di utilizzare il calore di scarto del fluido di lavoro e fornire ai consumatori, oltre a quella elettrica, anche energia termica (con vapore o acqua calda), ecc.

Il diagramma mostra la classificazione degli impianti termoelettrici alimentati a combustibile organico.

Una centrale termoelettrica è un complesso di apparecchiature e dispositivi che convertono l'energia del combustibile in energia elettrica e (generalmente) termica.

Le centrali termoelettriche sono caratterizzate da una grande diversità e possono essere classificate secondo diversi criteri.

In base allo scopo e al tipo di energia fornita, le centrali elettriche sono suddivise in regionali e industriali.

Le centrali elettriche distrettuali sono centrali elettriche pubbliche indipendenti che servono tutte le tipologie di consumatori distrettuali (imprese industriali, trasporti, popolazione, ecc.). Le centrali elettriche a condensazione distrettuale, che producono principalmente elettricità, spesso mantengono il loro nome storico: GRES (centrali elettriche distrettuali statali). Le centrali elettriche distrettuali che producono elettricità e calore (sotto forma di vapore o acqua calda) sono chiamate centrali termoelettriche combinate (CHP). Di norma, le centrali elettriche distrettuali statali e le centrali termoelettriche regionali hanno una capacità di oltre 1 milione di kW.

Le centrali elettriche industriali sono centrali elettriche che forniscono calore ed elettricità a specifiche imprese industriali o al loro complesso, ad esempio un impianto per la produzione di prodotti chimici. Spesso le centrali elettriche industriali operano su una rete elettrica comune, ma non sono subordinate al gestore del sistema energetico.

In base al tipo di combustibile utilizzato, le centrali termoelettriche si dividono in centrali funzionanti a combustibile organico e combustibile nucleare.

Per le centrali a condensazione funzionanti con combustibili fossili, in un'epoca in cui non esistevano centrali nucleari (NPP), si è storicamente sviluppato il nome termico (TPP - centrale termica). È in questo senso che questo termine verrà utilizzato di seguito, sebbene anche gli impianti di cogenerazione, le centrali nucleari, le centrali a turbina a gas (GTPP) e le centrali a ciclo combinato (CCPP) siano centrali termoelettriche che funzionano secondo il principio della conversione dell'energia termica in elettrica. energia.

I combustibili gassosi, liquidi e solidi vengono utilizzati come combustibili fossili per le centrali termoelettriche. La maggior parte dei TPP in Russia, soprattutto nella parte europea, consumano gas naturale come combustibile principale e olio combustibile come combustibile di riserva, utilizzando quest'ultimo solo in casi estremi a causa del suo costo elevato; tali centrali termoelettriche sono chiamate alimentate a petrolio.

In base al tipo di centrali termoelettriche utilizzate nelle centrali termoelettriche per convertire l'energia termica in energia meccanica di rotazione dei rotori delle turbine, si distinguono turbine a vapore, turbine a gas e centrali elettriche a ciclo combinato.

La base delle centrali elettriche a turbina a vapore sono le centrali a turbina a vapore (STP), che utilizzano la macchina energetica più complessa, potente ed estremamente avanzata: una turbina a vapore per convertire l'energia termica in energia meccanica. Il PTU è l'elemento principale delle centrali termoelettriche, delle centrali termoelettriche e delle centrali nucleari.

Le PTU, che dispongono di turbine a condensazione come azionamento per generatori elettrici e non utilizzano il calore del vapore di scarico per fornire energia termica a consumatori esterni, sono chiamate centrali elettriche a condensazione. Le centrali di cogenerazione dotate di turbine di riscaldamento e che cedono il calore del vapore di scarico ai consumatori industriali o domestici sono chiamate centrali di cogenerazione (CHP).

Le centrali termoelettriche a turbina a gas (GTPP) sono dotate di unità turbina a gas (GTU) funzionanti con combustibile gassoso o, in casi estremi, liquido (diesel). Attualmente in Russia opera un GTPP (GRES-3 dal nome di Klasson, Elektrogorsk, Regione di Mosca) con una capacità di 600 MW e un GTU-CHPP (a Elektrostal, Regione di Mosca).

Schema di una centrale termoelettrica (a carbone)

Le centrali termiche funzionano secondo il seguente principio: il carburante viene bruciato nel forno di una caldaia a vapore. Il calore sprigionato durante la combustione fa evaporare l'acqua circolante all'interno dei tubi posti nella caldaia e surriscalda il vapore risultante. Il vapore, espandendosi, fa ruotare la turbina e questa, a sua volta, l'albero del generatore elettrico. Il vapore di scarico viene quindi condensato; l'acqua dal condensatore viene restituita alla caldaia attraverso il sistema di riscaldamento.

Vantaggi del TPP:
1. Il carburante utilizzato è abbastanza economico.
2. Richiedono meno investimenti di capitale rispetto ad altre centrali elettriche.
3. Può essere costruito ovunque, indipendentemente dalla disponibilità di carburante. Il carburante può essere trasportato fino al luogo della centrale elettrica tramite ferrovia o strada.
4. Occupano un'area più piccola rispetto alle centrali idroelettriche.
5. Il costo della generazione di elettricità è inferiore a quello delle centrali elettriche diesel.

Screpolatura:
1. Inquinano l'atmosfera emettendo grandi quantità di fumo e fuliggine nell'aria.
2. Costi operativi più elevati rispetto alle centrali idroelettriche.

DOMANDE:

1. Definire il settore dell'energia elettrica.

2. Quali sono i vantaggi dell'elettricità rispetto ad altri tipi di energia?

3. Con l'invenzione, quale dispositivo è associato alla comparsa delle prime stazioni elettriche?

4. Cos'è, dal punto di vista tecnico, la rete elettrica?

5. Assegnare un nome ai tipi di linee elettriche in base alle loro caratteristiche di progettazione. Elenca i loro vantaggi e svantaggi.

6. Disegna un diagramma del trasferimento di energia attraverso linee di corrente alternata. Vantaggi e svantaggi di questo metodo di trasmissione.

7. Disegna un diagramma del trasferimento di energia attraverso le linee CC. Qual è il loro vantaggio rispetto alle linee AC?

8. Compila la tabella:

9. Qual è la ragione dell'uso diffuso delle centrali termoelettriche

Informazioni simili.

Produzione (generazione), distribuzione e consumo di energia elettrica e termica: una centrale elettrica produce (o genera) energia elettrica, e una centrale di cogenerazione produce energia elettrica e termica. A seconda del tipo di fonte di energia primaria convertita in energia elettrica o termica, le centrali elettriche si dividono in termiche (TPP), nucleari (NPP) e idrauliche (HPP). Nelle centrali termoelettriche, la fonte primaria di energia è il combustibile organico (carbone, gas, petrolio), nelle centrali nucleari - concentrato di uranio, nelle centrali idroelettriche - acqua (risorse idroelettriche). I TPP sono suddivisi in centrali termoelettriche a condensazione (centrali elettriche a condensazione - IES o centrali elettriche distrettuali statali - GRES), che generano solo elettricità, e centrali termoelettriche (CHP), che producono sia elettricità che calore.

Oltre alle centrali termoelettriche, nucleari e idroelettriche, esistono altri tipi di centrali elettriche (centrali di pompaggio, diesel, solari, geotermiche, mareomotrici ed eoliche). Tuttavia, il loro potere è piccolo.

La parte elettrica della centrale comprende una varietà di apparecchiature principali e ausiliarie. Le principali apparecchiature destinate alla produzione e distribuzione di energia elettrica comprendono: generatori sincroni che generano elettricità (ai TPP - turbogeneratori); sbarre progettate per ricevere elettricità dai generatori e distribuirla ai consumatori; dispositivi di commutazione - interruttori progettati per accendere e spegnere i circuiti in condizioni normali e di emergenza e sezionatori progettati per alleviare la tensione dalle parti diseccitate degli impianti elettrici e per creare un'interruzione visibile nel circuito (i sezionatori, di norma, non sono progettati interrompere la corrente di esercizio dell'impianto); ricevitori elettrici ausiliari (pompe, ventilatori, illuminazione elettrica di emergenza, ecc.). Le apparecchiature ausiliarie sono progettate per svolgere funzioni di misura, segnalazione, protezione e automazione, ecc.

Sistema energetico (sistema di alimentazione)è costituito da centrali elettriche, reti elettriche e consumatori di elettricità, interconnessi e collegati da una modalità comune nel processo continuo di produzione, distribuzione e consumo di energia elettrica e termica, con la gestione generale di questa modalità.

Sistema di energia elettrica (elettrico).- si tratta di un insieme di parti elettriche di centrali elettriche, reti elettriche e consumatori di elettricità, collegate dalla comunanza del regime e dalla continuità del processo di produzione, distribuzione e consumo di elettricità. L'impianto elettrico è una parte del sistema energetico, ad eccezione delle reti di calore e dei consumatori di calore. Una rete elettrica è un insieme di impianti elettrici per la distribuzione dell'energia elettrica, costituito da sottostazioni, quadri, linee elettriche aeree e in cavo. La distribuzione dell'elettricità dalle centrali elettriche ai consumatori viene effettuata attraverso la rete elettrica. Linea elettrica (aerea o via cavo) - un impianto elettrico progettato per trasmettere elettricità.

Nel nostro paese vengono utilizzate tensioni nominali standard (fase-fase) di una corrente trifase con una frequenza di 50 Hz nell'intervallo 6-1150 kV, nonché tensioni di 0,66; 0,38 (0,22) kV.

La trasmissione di elettricità dalle centrali elettriche attraverso le linee elettriche viene effettuata a tensioni di 110-1150 kV, ovvero superando significativamente la tensione dei generatori. Le sottostazioni elettriche vengono utilizzate per convertire l'elettricità di una tensione in elettricità di un'altra tensione. Una sottostazione elettrica è un impianto elettrico progettato per convertire e distribuire energia elettrica. Le sottostazioni sono costituite da trasformatori, sbarre collettrici e dispositivi di commutazione, nonché apparecchiature ausiliarie: dispositivi di protezione e automazione a relè, strumenti di misura. Le sottostazioni sono progettate per collegare generatori e consumatori con linee elettriche (sottostazioni step-up e step-down P1 e P2), nonché per collegare singole parti del sistema elettrico.