Производство, передача и использование электроэнергии. Производство передача и использование электроэнергии Передача электроэнергии линии электропередач презентация по физике

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам энергоресурсов. Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Рассмотрим первую возможность. Для уменьшения сопротивления проводов нужно либо использовать вещества с малым удельным сопротивлением (например, дорогие металлы серебро или медь), либо уменьшить длину провода (и энергия не дойдет до потребителя), либо увеличить площадь поперечного сечения проводов (и тогда они станут тяжелыми и могут обломить опоры). Как видите, первая возможность невыполнима на практике.

Рассмотрим теперь вторую возможность. При изучении трансформатора мы отметили, что повышение напряжения сопровождается понижением силы тока, причем, в такое же число раз. Поэтому, прежде чем ток от генератора попадет в линию электропередач, он должен быть трансформирован (преобразован) в ток высокого напряжения. Повысив напряжение с 10 кВ до 1000 кВ, то есть в 100 раз, мы в такое же число раз понизим силу тока. А количество же теплоты, бесполезно выделяющееся в проводах, согласно закону Джоуля-Ленца, уменьшится в 100 2, то есть в раз! Q=I 2 Rt Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении

Генераторы обычно вырабатывают энергию около 12 кВ. На электростанциях ставят повышающие трансформаторы, от которых энергия поступает в линию электропередачи. Для потребителей эл.энергии напряжение необходимо понизить. Это делают в несколько этапов с помощью понижающих трансформаторов.

Расположенные в разных регионах страны электростанции, соединённые высоковольтными ЛЭП, образуют вместе с подключенными к ним потребителями Единую энергетическую систему. Создание ЕЭС в стране имеет важное значение, т.к. потребление эл.энергии в течение суток неравномерно. Однако по техническим и экономическим условиям выработка электроэнергии должна быть непрерывной. Объединённые энергосистемы регионов из разных часовых поясов, обеспечивают бесперебойность подачи энергии

Рассмотрим следующую задачу: поселок потребляет электрическую мощность в среднем 120 кВт от электростанции, расположенной в 10 км. Полное сопротивление линии электропередачи равно 0,4 Ом. Следует определить потери мощности при напряжении на линии: а) 240 В; б) В Решение: а) P=IU. Если передать мощность 120 кВт при напряжении 240 В, то сила тока в линии составит потери мощности достигнут: б) При U = В, Потери мощности составят: Меньше 1% общей мощности будет теряться в линии, если энергию передавать высоким напряжением.

Производство, передача и использование электрической энергии Вопрос

• Какими преимуществами обладает переменный ток перед постоянным?

Генератор

• Генератор - устройства, преобразующие энергию того или иного вида в электрическую энергию.

Виды энергии Генератор переменного тока

• Генератор состоит из
• постоянного магнита, создающего магнитное поле, и обмотки, в которой индуцируется переменная ЭДС

• Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. Там механическая энергия превращается в электрическую.

Трансформаторы

• ТРАНСФОРМАТОР– аппарат, преобразующий переменный ток, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности.
• В простейшем случае трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на который надеты две катушки с проволочными обмотками. Та из обмоток, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а та, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.

Трансформатор

• Первичная Вторичная
• обмотка обмотка
• Подключается
• к источнику
• ~ напряжения к «нагрузке»
• замкнутый стальной сердечник

• Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Характеристика трансформатора

• Коэффициент трансформации
• U1/U2 =N1/N2=K
• K>1трансформатор понижающий
• K<1трансформатор повышающий

Производство электрической энергии

• Производится электроэнергия на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существует несколько типов электростанций: тепловые, гидроэлектрические и атомные электростанции.

• Тепловые электростанции

Использование электроэнергии

• Главным потребителем электроэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Крупным потребителем является также транспорт. Все большее количество железнодорожных линий переводиться на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от государственных электростанций для производственных и бытовых нужд. Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используются для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и т. п.).

Передача электроэнергии

• Трансформаторы изменяют напряжение
• в нескольких точках линии.

Эффективное использование электроэнергии

• Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается. Удовлетворить эту потребность можно двумя способами.
• Самый естественный и единственный на первый взгляд способ – строительство новых мощных электростанций. Но ТЭС потребляют не возобновляемые природные ресурсы, а также наносят большой ущерб экологическому равновесию на нашей планете.
• Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом. Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не росту мощности электростанций.

Задачи

• № 966, 967

Ответ

• 1) напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать (трансформировать) почти без потерь энергии;
• 2)переменный ток легко преобразуется в постоянный
• 3)генератор переменного тока намного проще и дешевле.

Домашнее задание

• §§38-41 упр 5 (с 123)
• ПОДУМАЙ:
• ПОЧЕМУ ГУДИТ ТРАНСФОРМАТОР?
• Подготовить презентацию «Использование трансформаторов»
• (для желающих)

Список литературы:

• Физика. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый и профил. уровни /Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. – М:Просвещение, 2014. – 399 с
• О.И. Громцева. Физика. ЕГЭ. Полный курс. – М.: Издательство «Экзамен», 2015.-367 с
• Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике. 11 класс. – М.: ВАКО, 2014. – 464 с
• Рымкевич А.П., Рымкевич П.А. Сборник задач по физике для 10-11 классов средней школы. – 13 изд. – М.: Просвещение,2014. – 160 с

Старцова Татьяна

АЭС, ГЭС,ТЭЦ, виды передачи электроэнергии.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Презентация на тему: “ производство и передача электроэнергии ” Ученицы 11 а класса ГБОУ СОШ № 1465 Старцовой Татьяны. Учитель: Круглова Лариса Юрьевна

Производство электроэнергии Электроэнергия производится на электростанциях. Существует три основных типа электростанций: Атомные электростанции (АЭС) Гидроэлектростанции (ГЭС) Тепловые электростанции, или же теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

Атомные электростанции Атомная электростанция (АЭС) - ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками

Принцип работы

На рисунке показана схема работы атомной электростанции с двухконтурным вод о - водяным энергетическим реактором. Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища. Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счёт теплового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре может доходить до 160 атм (ВВЭР-1000).

Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя могут применяться также расплавы металлов: натрий, свинец, эвтектический сплав свинца с висмутом и др. Использование жидкометаллических теплоносителей позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в жидкометаллическом контуре не превышает атмосферное), избавиться от компенсатора давления. Общее количество контуров может меняться для различных реакторов, схема на рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор). Реакторы типа РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа) использует один водяной контур, реакторы на быстрых нейтронах - два натриевых и один водяной контуры, перспективные проекты реакторных установок СВБР-100 и БРЕСТ предполагают двухконтурную схему, с тяжелым теплоносителем в первом контуре и водой во втором.

Выработка электроэнергии Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (836,63 млрд кВт·ч/год), работает 104 атомных реактора (20% от вырабатываемой электроэнергии) Франция (439,73 млрд кВт·ч/год), Япония (263,83 млрд кВт·ч/год), Россия (177,39 млрд кВт·ч/год), Корея (142,94 млрд кВт·ч/год) Германия (140,53 млрд кВт·ч/год). В мире действует 436 энергетических ядерных реакторов общей мощностью 371,923 ГВт, российская компания «ТВЭЛ» поставляет топливо для 73 из них (17 % мирового рынка)

Гидроэлектростанции Гидроэлектростанция (ГЭС) - электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

Принцип работы

Цепью гидротехнических сооружений является обеспечение необходимым напором воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией - естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию. Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности: мощные - вырабатывают от 25 МВт и выше; средние - до 25 МВт; малые гидроэлектростанции - до 5 МВт. Также они делятся в зависимости от максимального использования напора воды: высоконапорные - более 60 м; средненапорные - от 25 м; низконапорные - от 3 до 25 м.

Крупнейшие ГЭС в мире Наименование Мощность ГВт Среднегодовая выработка Собственник География Три Ущелья 22,5 100 млрд кВт ч р. Янцзы, г. Сандоупин, Китай Итайпу 14 100 млрд кВт ч р. Карони, Венесуэла Гури 10,3 40 млрд кВт ч р. Токантинс, Бразилия Черчилл-Фолс 5,43 35 млрд кВт ч р. Черчилл, Канада Тукуруи 8,3 21 млрд кВт ч р. Парана, Бразилия / Парагвай

Теплоэлектростанции Тепловая электростанция (или тепловая электрическая станция) - электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Принцип работы

Типы Котлотурбинные электростанции Конденсационные электростанции (КЭС, исторически получили название ГРЭС - государственная районная электростанция) Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ) Газотурбинные электростанции Электростанции на базе парогазовых установок Электростанции на основе поршневых двигателей С воспламенением от сжатия (дизель) C воспламенением от искры Комбинированного цикла

Передача электроэнергии Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям. Электросетевое хозяйство -естественно-монопольный сектор электроэнергетики: потребитель может выбирать, у кого покупать электроэнергию (то есть энергосбытовую компанию), энергосбытовая компания может выбирать среди оптовых поставщиков (производителей электроэнергии), однако сеть, по которой поставляется электроэнергия, как правило, одна, и потребитель технически не может выбирать электросетевую компанию. С технической точки зрения, электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях.

Линии электропередачи представляют собой металлический проводник, по которому проходит электрический ток. В настоящее время практически повсеместно используется переменный ток. Электроснабжение в подавляющем большинстве случаев - трёхфазное, поэтому линия электропередачи, как правило, состоит из трёх фаз, каждая из которых может включать в себя несколько проводов.

Линии электропередачи делятся на 2 типа: Воздушные Кабельные

Воздушные Воздушные ЛЭП подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты. Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными КЛ): не требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии. Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков: широкая полоса отчуждения: в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо сооружения и сажать деревья; при прохождении линии через лес, деревья по всей ширине полосы отчуждения вырубаются; незащищённость от внешнего воздействия, например, падения деревьев на линию и воровства проводов; несмотря на устройства грозозащиты, воздушные линии также страдают от ударов молнии. По причине уязвимости, на одной воздушной линии часто оборудуют две цепи: основную и резервную; эстетическая непривлекательность; это одна из причин практически повсеместного перехода на кабельный способ электропередачи в городской черте.

Кабельные Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три токопроводящие жилы (по числу фаз). Кабели имеют как внешнюю, так и междужильную изоляцию. Обычно в качестве изолятора выступает трансформаторное масло в жидком виде, или промасленная бумага. Токопроводящая сердцевина кабеля, как правило, защищается стальной бронёй. С внешней стороны кабель покрывается битумом. Бывают коллекторные и бесколлекторные кабельные линии. В первом случае кабель прокладывается в подземных бетонных каналах - коллекторах. Через определённые промежутки на линии оборудуются выходы на поверхность в виде люков - для удобства проникновения ремонтных бригад в коллектор. Бесколлекторные кабельные линии прокладываются непосредственно в грунте.

Бесколлекторные линии существенно дешевле коллекторных при строительстве, однако их эксплуатация более затратна в связи с недоступностью кабеля. Главным достоинством кабельных линий электропередачи (по сравнению с воздушными) является отсутствие широкой полосы отчуждения. При условии достаточно глубокого заложения, различные сооружения (в том числе жилые) могут строиться непосредственно над коллекторной линией. В случае бесколлекторного заложения строительство возможно в непосредственной близости от линии. Кабельные линии не портят своим видом городской пейзаж, они гораздо лучше воздушных защищены от внешнего воздействия. К недостаткам кабельных линий электропередачи можно отнести высокую стоимость строительства и последующей эксплуатации: даже в случае бесколлекторной укладки сметная стоимость погонного метра кабельной линии в разы выше, чем стоимость воздушной линии того же класса напряжения. Кабельные линии менее доступны для визуального наблюдения их состояния (а в случае бесколлекторной укладки - вообще недоступны), что также является существенным эксплуатационным недостатком.

ПРОИЗВОДСТВО, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.

Производство электроэнергии.Тип электростанций

КПД электростанций

% от всей вырабатываемой энергии

Электрическая энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие виды энергии: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д.Электрическая энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие виды энергии: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д.

ХХ век стал веком, когда наука вторгается во все сферы жизни общества: экономику, политику, культуру, образование и т.д. Естественно, что наука непосредственно влияет на развитие энергетики и сферу применения электроэнергии. С одной стороны наука способствует расширению сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление, но с другой стороны в эпоху, когда неограниченное использование невозобновляемых энергетических ресурсов несет опасность для будущих поколений, актуальными задачами науки становятся задачи разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь.ХХ век стал веком, когда наука вторгается во все сферы жизни общества: экономику, политику, культуру, образование и т.д. Естественно, что наука непосредственно влияет на развитие энергетики и сферу применения электроэнергии. С одной стороны наука способствует расширению сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление, но с другой стороны в эпоху, когда неограниченное использование невозобновляемых энергетических ресурсов несет опасность для будущих поколений, актуальными задачами науки становятся задачи разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь.

Использование электроэнергии.Удвоение потребления электроэнергии происходит за 10 лет

Сферы
хозяйства

Количество используемой электроэнергии,%

Промышленность
Транспорт
Сельское хозяйство
Быт

70
15
10
4

Рассмотрим эти вопросы на конкретных примерах. Около 80% прироста ВВП (внутреннего валового продукта) развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Большая часть научных разработок начинается с теоретических расчетов. Все новые теоретические разработки после расчетов на ЭВМ проверяются экспериментально. И, как правило, на этом этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических анализов и т.д. Здесь инструменты научных исследований многообразны - многочисленные измерительные приборы, ускорители, электронные микроскопы, магниторезонансные томографы и т.д. Основная часть этих инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии.Рассмотрим эти вопросы на конкретных примерах. Около 80% прироста ВВП (внутреннего валового продукта) развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Большая часть научных разработок начинается с теоретических расчетов. Все новые теоретические разработки после расчетов на ЭВМ проверяются экспериментально. И, как правило, на этом этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических анализов и т.д. Здесь инструменты научных исследований многообразны - многочисленные измерительные приборы, ускорители, электронные микроскопы, магниторезонансные томографы и т.д. Основная часть этих инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии.

Но наука не только использует электроэнергию в своей теоретической и экспериментальной областях, научные идеи постоянно возникают в традиционной области физики, связанной с получением и передачей электроэнергии. Ученые, например, пытаются создать электрические генераторы без вращающихся частей. В обычных электродвигателях к ротору приходится подводить постоянный ток, чтобы возникла «магнитная сила».Но наука не только использует электроэнергию в своей теоретической и экспериментальной областях, научные идеи постоянно возникают в традиционной области физики, связанной с получением и передачей электроэнергии. Ученые, например, пытаются создать электрические генераторы без вращающихся частей. В обычных электродвигателях к ротору приходится подводить постоянный ток, чтобы возникла «магнитная сила».
Современное общество невозможно представить без электрификации производственной деятельности. Уже в конце 80-х годов более 1/3 всего потребления энергии в мире осуществлялось в виде электрической энергии. К началу следующего века эта доля может увеличиться до 1/2. Такой рост потребления электроэнергии прежде всего связан с ростом ее потребления в промышленности. Основная часть промышленных предприятий работает на электрической энергии. Высокое потребление электроэнергии характерно для таких энергоемких отраслей, как металлургия, алюминиевая и машиностроительная промышленность. Крупным потребителем является также транспорт. Всё большее количество железнодорожных линий переводится на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от государственных электростанций для производственных и бытовых нужд.

Презентация по слайдам

Текст слайда: Производство, передача и использование электрической энергии. Разработал: Н.В.Грузинцева. г. Красноярск

Текст слайда: Цель проекта: Понимание производства, передачи и использования электрической энергии. Задачи проекта, рассмотреть: Генерирование электрической энергии. Трансформаторы. Производство и использование электрической энергии. Передача электроэнергии. Эффективное использование электроэнергии.

Текст слайда: Вступление: Электрический ток вырабатывается в генераторах-устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся: Гальванические элементы. Электростатические батареи. Термобатареи. Солнечные батареи. и т. п.

Текст слайда: Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел (система тел) могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией. Энергия – физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел). Энергию выражают в системе СИ в тех же единицах, что и работу, т.е. в джоулях.

Текст слайда: Преобладают электромеханические индукционные генераторы переменного тока. Механическая энергия Электрическая энергия Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему состоящую из: Статор; Генератор; Кольца; Турбина; Корпус; Ротор; Щётки; Возбудитель.

Текст слайда: Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется с помощью трансформаторов. Устройство трансформатора: Замкнутый стальной сердечник, собранный из пластин; Две (иногда более) катушки с проволочными обмотками. первичная, вторичная, применяемая к источнику к ней присоединяют переменного напряжения. нагрузку, т.е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию.

Текст слайда: Источник энергии на ТЭС: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы, угольная пыль. Дают 40% электроэнергии. Внутренняя Энергия проводов ТЭС ПОТРЕБИТЕЛЬ

Текст слайда: На ГЭС для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды. Дают 20% электроэнергии. ГЭС ПОТРЕБИТЕЛЬ Внутренняя энергия проводов

Текст слайда: промышленность транспорт производственные и бытовые нужды механическая энергия ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

Слайд №10

Текст слайда: Электрические станции ряда районов страны объединены высоковольтными линиями электропередачи, образующие общую электрическую цепь, к которой присоединены потребители. Такое объединение называется энергосистемой. Передача электроэнергии. заметные потери Потребитель трансформатор напряжение понижается; трансформатор напряжение увеличивается; сила тока уменьшается.