Производство передача и использование электрической энергии 11 класс конспект
Обновлено: 06.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
ПЛАН- КОНСПЕКТ УРОКА ПО ТЕМЕ
ПРОВОДИМОГО В РАМКАХ НЕДЕЛИ МАТЕМАТИКИ, ФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ И
НЕДЕЛИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ.
Разработал учитель физики МОБУ СОШ с. Абзаково Гайсина Хатижа Бахтеевна.
- конкретизировать представление школьников о способах передачи электроэнергии, о взаимных переходах одного вида энергии в другой;
- показать пути получения и преобразования энергии при рассмотрении принципа действия и устройства наиболее распространенных видов энергетических установок, способов передачи и использования энергии;
- раскрыть роль энергетики в развитии промышленности Украины;
- развивать экономическое и экологическое мышление, умение анализировать и делать выводы;
- развивать физико-математический язык учеников;
- воспитывать экологическую, экономическую, информационную, коммуникативную культуру учащихся;
- формировать познавательный интерес к физике;
- приучать учащихся к выступлениям перед аудиторией.
Тип урока: урок обобщения и повторения знаний.
Задачи урока:
Учебные: воспроизвести знания об энергии как одной из важнейших характеристик движения материи; о различных видах энергии и энергетических ресурсов; систематизировать знания о типах электростанций;
Развивающие: развивать у учащихся практические навыки исследовательского характера, выведение познавательной активности детей на творческий уровень знаний.
Воспитательные: воспитывать стойкий интерес к физике, уважительное отношение друг к другу; активность, умение кооперативно принимать решение и оценивать результаты своей работы и деятельность одноклассников;
Ожидаемые результаты урока:
после данного урока ученики смогут знать:
1) принцип действия и устройства наиболее распространенных видов энергоустановок ;
2)способы передачи и использования различных видов энергии;
3)преимущества электрической энергии перед другими видами энергии;
4)понятие переменного тока;
1) распознавать и сравнивать типы электростанций;
2) объяснять физические основы передачи электрической энергии на большие расстояния;
3) объяснять принцип действия генератора тока;
4) объяснять принцип действия трансформатора;
5) рассчитывать коэффициент трансформатора;
6) применять закон Джоуля-Ленца;
План урока.
Организационный момент - 1мин
Мотивационный момент -2 мин
Новый материал- 30 мин
Промышленная энергетика (ГЭС, ТЭС, АЭС)
Передача электрической энергии
Эффективное использование электрической энергии
Домашнее задание - 1 мин
Ход урока.
1. Организационный момент.
Учите ль:
Огромную роль электроэнергия играет в транспортной промышленности. Электротранспорт не загрязняет окружающую среду. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированный железнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорог за счет увеличения скорости движения поездов.
Электроэнергия в быту является основным фактором обеспечения комфортабельной жизни людей. Уровень развития электроэнергетики отражает уровень развития производительных сил общества и возможности научно-технического прогресса.
Электроэнергия была и остается главной составляющей жизни человека Главные вопросы – сколько энергии нужно человечеству? Какой будет энергетика ХХІ века? Чтобы дать ответы на эти вопросы необходимо знать основные способы получения электроэнергии, изучить проблемы и перспективы современного производства электроэнергии в России.
Преобразования энергии различных видов в электрическую энергию происходит на электростанциях (слайд 2). В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы:
Электростанции промышленной энергетики: ГЭС, ТЭС, АЭС
Электростанции альтернативной энергетики: ПЭС, СЭС, ВЭС, ГеоТЭС (Слайд 3,4).
Рассмотрим физические основы производства электроэнергии на электростанциях.
( Выступления учащихся))
1.Гидроэлектростанции.
Гидроэлектростанция представляет собой комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию (слайд 5).
На ГЭС электроэнергию получают, используя энергию воды, перетекающей с высшего уровня к низшему уровню и вращающей при этом турбину. Плотина – самый важный и самый дорогостоящий элемент ГЭС. Вода перетекает с верхнего бьефа в нижний бьеф по специальным трубопроводам, либо по выполненным в теле плотины каналам и приобретает большую скорость. Струя воды поступает на лопасти гидротурбины. Ротор гидротурбины приводится во вращение под действием центробежной силы струи воды. Вал турбины соединяется с валом электрического генератора, и при вращении ротора генератора механическая энергия ротора преобразуется в электрическую энергию.
Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами – их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Однако гидроэнергетика не безвредна для окружающей среды (слайд 6). При постройке плотины образуется водохранилище. Вода, залившая огромные площади, необратимо изменяет окружающую среду. Подъем уровня реки плотиной может вызвать заболоченность, засоленность, изменения прибрежной растительности и микроклимата. Поэтому так важно создание и использование экологически безвредных гидротехнических сооружений.(Слайд 7).
2.Теплоэлектростанции.
Тепловая электростанция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Основными видами топлива для ТЭС являются природные ресурсы – газ, уголь, торф, горючие сланцы, мазут (слайд 8). Тепловые электростанции разделяются на две группы: конденсационные и теплофикационные или теплоцентрали (ТЭЦ). Конденсационные станции снабжают потребителей только электрической энергией. Их сооружают вблизи залежей местного топлива с тем, чтобы не возить его на большие расстояния. Теплоцентрали снабжают потребителей не только электрической энергией, но и теплом – водяным паром или горячей водой, поэтому ТЭЦ сооружают поблизости от приемников теплоты, в центрах промышленных районов и крупных городов для уменьшения протяженности теплофикационных сетей. Топливо транспортируют на ТЭЦ из мест его добычи. В машинном зале ТЭС установлен котел с водой. За счет тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 550°С и под давлением 25 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину, назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию. Энергия движения паровой турбины преобразуется в электрическую энергию генератором, вал которого непосредственно соединен с валом турбины. После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру около 25°С, поступает в конденсатор. Здесь пар с помощью охлаждающей воды превращается в воду, которая с помощью насоса снова подается в котел. Цикл начинается снова. ТЭС работают на органическом топливе, но это, к сожалению, невосполнимые природные ресурсы (слайд № 9). К тому же, работа ТЭС сопровождается экологическими проблемами: при сгорании топлива происходит тепловое и химическое загрязнение среды, что оказывает губительное воздействие на живой мир водоемов и качество питьевой воды.(Слайд 10)
3. Атомные электростанции.
Атомная электростанция (АЭС) – электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую энергию (слайд 11). Атомные электростанции действуют по такому же принципу, что и тепловые электростанции, но используют для парообразования энергию, получающуюся при делении тяжелых атомных ядер (урана, плутония). В активной зоне реактора протекают ядерные реакции, сопровождающиеся выделением огромной энергии
(слайд 12). Вода, соприкасающаяся в активной зоне реактора с тепловыделяющими элементами, забирает у них тепло и передает это тепло в теплообменнике также воде, но уже не представляющей опасности радиоактивного излучения. Поскольку вода в теплообменнике превращается в пар, его называют парогенератором. Горячий пар поступает в турбину, преобразующую тепловую энергию пара в механическую энергию. Энергия движения паровой турбины преобразуется в электрическую энергию генератором, вал которого непосредственно соединен с валом турбины. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: не требуют привязки к источнику сырья и собственно могут быть размещены в любом месте, при нормальном режиме функционирования считаются экологически безопасными (слайд 13). Но при авариях на АЭС возникает потенциальная опасность радиационного загрязнения среды. Кроме того существенной проблемой остается утилизация радиоактивных отходов и демонтаж отслуживших свой срок АЭС.
4. Генераторы (строение, принцип работы) (слайды 14,15,16).
5. Передача электроэнергии на расстояние.
6. Эффективное использование электроэнергии.
Я, Гайсин Булат, ученик 11 класса МОБУ СОШ с. Абзаково Республики Башкортостан. Недавно я дома случайно разбил ртуть содержащую энергосберегающую лампу и задумался о том, какой вред принесут моему организму пары ртути, я знаю, что они ядовиты. Я также задал себе вопрос: правильно ли я поступил при утилизации данной лампы? Работая над этой темой я нашел много материала и подумал, что принесу пользу, если об этом расскажу своим одноклассникам и другим учащимся. Так появилась моя работа о энергосберегающих лампах.
Актуальность проблемы: с сентября 2009 года в Европе, а с января 2011 года и в России запрещена продажа лампочек мощностью 100 Вт, в 2010 году эта участь уже постигла 75-ваттные лампы, в 2011 году — лампы на 60 Вт, в 2012 году — 40- и 25-ваттные .
Цель проекта: выяснить, действительно ли энергосберегающие лампы выгодны для использования, какую экономию энергии можно получить, не приносят ли они вред организму человека?
-Проанализировать информацию о энергосберегающих лампах;
-Провести эксперимент по подсчету затраченной электроэнергии, при работе обычных ламп накаливания и энергосберегающих ламп;
-Провести эксперимент по подсчету концентрации ртути в помещении, если лампа разбилась, сравнить с предельно допустимой концентрацией ртути;
-Изучить проблему утилизации ртутных ламп;
-Изучить экологию применения ртутных ламп.
В начале я изучил историю светотехники, потом устройство и принцип действия ртуть содержащих энергосберегающих ламп, посчитал какую экономию электроэнергии сможет получить моя семья и моя школа, если все энергозатратные лампы накаливания мы заменим на энергосберегающие, но ртуть содержащие. Вот какие результаты я получил.
Посмотрим экономию электроэнергии на примере люстры с 4 лампами.
Плата за энергию 2 год 1,92*1,15=2,2 руб/кВтч
Плата за энергию 3 год 2,2*1,15= руб/кВтч
Плата за энергию 4 год 2,53*1,15=2,92 руб/кВтч
ИТОГО за энергию
Итого с затратами на лампы
1864,96 руб за 4 года
Я расчеты провел для одной люстры, содержащей 4 лампы и задал себе вопрос какую же экономию электрической энергии получаем в нашей школе, заменяя 420 ламп на энергосберегающие. Я получил, что экономия составит 129614,72 рубля.
Я задал себе вопрос, экономя на электроэнергии не приносим ли вред своему организму. Изучил мнение специалистов, также посчитал концентрацию ртути в помещении, в котором горят три лампы, если они вдруг все три разобьются. Вот какие результаты я получил.
Проведем подсчеты, например комнату объемом 45 кубических метров освещают 3 лампы. Содержание ртути в одной лампе от 1,4 до 5 мг.
Предположим, что в лампе содержится 2 мг. ртути. Количество молекул ртути в одной лампе равно 59,7*10 17 . Вычислим концентрацию ртути и сравним ее с предельно допустимой концентрацией ртути.
Концентрация ртути при разбивании трех ламп составит 59,7*10 16 , при предельно допустимой концентрации ртути 3*10 16 . Концентрация ртути превышает предельно допустимую в 19,9 раз. Разбить ртутную лампу нелегко и поэтому вряд ли 3 лампы в одной комнате одновременно разобьются.
Выводы по уроку.
Урок завершаем словами А.Мицкевича:
Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?
Четыре ступени энергосбережения (слайд № 27)
Не забывайте выключать свет.
Использовать энергосберегающие лампочки и бытовую технику класса А.
Хорошо утеплять окна и двери.
Установить регуляторы подачи тепла (батареи с вентилем).
Домашнее задание: 1.§ 39,40,41. 2. Изучить распределение электрической энергии в с. Абзаково.
Целью урока является ознакомление учащихся с видами электростанций, изучение их достоинств и недостатков.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| Урок физики в 11 классе "Производство, передача и использование электроэнергии" | 36.29 КБ |
Предварительный просмотр:
Муниципальное казённое образовательное учреждение
имени А. С. Новикова-Прибоя
Урок физики в 11 классе
«Производство, передача и использование
Подготовила учитель физики Гоппе Л. И.
2014 – 2015 учебный год
Дидактическая: познакомить учащихся с видами электростанций, изучить их достоинства и недостатки; сформировать представление о передаче энергии на расстояние.
Развивающая: использовать полученную информацию для развития мышления, умения сравнивать, анализировать, делать выводы.
Воспитательная: воспитывать экологическую, экономическую, информационную культуру учащихся.
Тип урока: конференция.
Оборудование: компьютер, проектор.
Организационный момент: проверка готовности учащихся к уроку.
Вопрос: что представляют собой вынужденные электромагнитные колебания?
Ответ: переменный электрический ток.
Вопрос: где и каким образом вырабатывается электрический ток?
Ответ: на электростанциях с помощью генераторов переменного тока.
Учитель: в наше время потребление электроэнергии неудержимо растёт, а запасы ископаемого топлива столь же стремительно сокращаются. Необходимо изыскивать новые, по возможности дешёвые, достаточно мощные и экологически чистые источники энергии. И сегодня на своей конференции мы обсудим эту проблему. Какие вопросы будут стоять перед нами?
Ответ: производство, передача и использование электроэнергии.
Вопрос: какие цели и задачи мы должны поставить перед собой и попробовать решить?
Заслушиваем мнения учащихся.
Учитель: в процессе подготовки к конференции каждый ученик получил задание подготовить проект по основным видам электростанций на современном этапе развития науки и техники, дать характеристики основным и альтернативным типам электростанций и рассказать о преимуществах и недостатках этих электростанций.
Первый проект содержит информацию о ТЭС и ГЭС.
Ученик: электроэнергия вырабатывается, в основном, с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существуют два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектростанции. На тепловых электростанциях топливом служат уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. Роторы генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами. Наиболее экономичными являются крупные паротурбинные электростанции (ТЭС). Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов составляет несколько тысяч в минуту.
КПД ТЭС - 40%. Большая часть энергии теряется вместе с отработанным паром.
Превращение энергии на тепловой станции можно показать на схеме:
энергия топлива внутренняя энергия пара кинетическая энергия пара кинетическая энергия турбины электрическая энергия
Специальные тепловые электростанции - теплоэлектроцентрали - позволяют использовать значительную часть энергии отработанного пара на промышленных предприятиях или для бытовых нужд (отопления и горячего водоснабжения). КПД ТЭЦ достигает 60 – 70 %. В настоящее время в нашей стране ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии.
Достоинства тепловых электростанций:
под станции используются небольшие площади;
высокая удельная теплота сгорания видов топлива;
простота хранения угля, пригодность к непосредственному использованию угля, нефти, газа.
Недостатки тепловых электростанций:
сильно загрязняют атмосферу сернистыми и азотистыми соединениями, углекислым газом, создают парниковый эффект, кислотные дожди;
используются большие площади для добычи угля, рельеф портится шахтами;
с охлаждающей водой в ближайшие водоёмы сбрасывается большое количество тепла, повышающее температуру водоёма.
На гидроэлектростанциях (ГЭС) для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды. Роторы приводятся во вращение гидравлическими турбинами. ГЭС дают около 20 % вырабатываемой в стране электроэнергии.
Превращение энергии на ГЭС показаны на схеме:
потенциальная энергия воды кинетическая энергия воды кинетическая энергия турбины электрическая энергия.
не загрязняется атмосфера;
создаются новые водоёмы;
увлажняется атмосфера, меняется микроклимат;
гидроресурсы не надо добывать и обрабатывать.
затапливаются огромные территории;
вынужденное переселение людей из зон затопления;
разрушается естественная среда обитания флоры и фауны;
отчуждаются плодородные пойменные земли;
плотины отрицательно влияют на воспроизводство ценных пород промысловых рыб;
В 1967 году в Индии была разрушена плотина высотой 103 метра.
Причина - землетрясение, эпицентр - под телом плотины.
Ученик: достоинства и недостатки АЭС.
небольшая площадь под АЭС;
при отсутствии утечек - никакого загрязнения окружающей среды;
относительная независимость от месторасположения сырья .
Недостатки: о бразуются радиоактивные отходы (глобальная проблема);
дороговизна строительства (ещё дороже демонтаж отслуживших АЭС );
проблема дезактивации и захоронения радиоактивных отходов.
В марте 1979 года в США произошла самая тяжёлая (до Чернобыля) авария. После этого случая американцы не ввели в строй ни одного реактора. В Швеции принято решение о постепенном закрытии АЭС.
Тем не менее доля электроэнергии АЭС в США - 20 %,
В мире -16 %. (В будущем эта цифра достигнет 25 %).
Сейчас при возведении АЭС используются современные технологии, которые позволят в будущем избежать аварий.
Сырьём для АЭС служат в основном уран и торий - их в земной коре достаточно много.
Большое внимание уделяется обезвреживанию радиоактивных отходов. Это ставит следующие задачи:
- Совершенствование технологий с целью уменьшения отходов при работе реактора.
- Переработка отходов для уменьшения их распространения в окружающую среду.
- Надёжная изоляция могильников для захоронения радиоактивных отходов различного типа.
Учитель: Мы с вами рассмотрели основные типы электростанций. Как видите, каждый из этих типов содержит и достоинства, и недостатки.
Различные общества в защиту экологии предъявляют справедливые претензии к строителям и проектировщикам электростанций. Тем не менее человечество привыкло к тому комфорту и к тем удобствам, которые обеспечивает нам электричество.
К тому же неизбежная нехватка природных ресурсов приведёт к постепенному росту цен на энергоносители.
Именно поэтому в последнее время человечество всё острее ощущает энергетический дефицит и потребность в альтернативных источниках энергии.
Другими словами, существуют нетрадиционные источники энергии. Доля энергии, вырабатываемая на них в настоящее время незначительна. И всё - таки энергетика, основанная на возобновляемых и экологически чистых источниках энергии, есть энергетика будущего.
Солнце - источник всех остальных видов энергии на нашей планете. Не вся энергия проходит через земную атмосферу (около 50 %). И даже это количество грандиозно и превышает все другие виды энергии. Солнечная энергетика имеет большой потенциал, но пока не реализованный на практике в полной мере. Дело в том, что использование фотоэлектрических систем требует вложения значительных средств, а срок окупаемости сильно зависит от погодных условий. Однако для отдалённых объектов солнечная альтернативная энергетика может стать решением проблемы. Наибольшим потенциалом для солнечной энергетики обладают Краснодарский, Ставропольский края, Магаданская область и Якутия. Без централизованного электроснабжения сегодня в России проживает около 10 млн. человек, это заставляет задуматься о необходимости развития этой отрасли. Определенные наработки в этом направлении уже есть: в России появились предприятия, владеющие технологией производства фотоэлектрических систем и их монтажа с целью получения электроэнергии. Примером использования энергии солнца является солнечная электростанция мощностью 0,1 МВт, расположенная в Белгородской области (Яковлевский район).
Достоинства таких электростанций:
не загрязняют окружающую среду;
солнечные киловатты практически бесплатны.
циклический характер поступления солнечной энергии;
под солнечные батареи используются большие площади;
низкий КПД солнечных установок;
невысокая плотность солнечной энергии.
Энергия морских приливов огромна. Однако её практическое использование затруднено, поэтому моря и океаны могут удовлетворить лишь 1 % мировой энергопотребности. Специалисты полагают, что приливные электростанции имеет смысл строить там, где разница уровней моря во время прилива и отлива составляет минимум 4 метра. Важно также учитывать мощность и объём приливного бассейна. Производительность приливной электростанции зависит от количества гидротурбин в плотине. Пример приливной станции в России - Кислогубская ПЭС: это абсолютно экологически безопасная система. Развитие этого направления может дать до 5 % общего объёма всей электроэнергии, производимой в России.
минимум поверхности на суше;
не загрязняется атмосфера;
в море занимает очень большое пространство, что очень опасно для судоходства.
Геотермальная энергия - это энергия, которая генерируется внутри Земли в источники огромной силы. Она может основываться на использовании тепловой энергии земных недр: такая возможность есть лишь у нескольких стран. Запасы геотермальной энергии нашей страны в 10 раз превышают запасы угля. Эти богатства лежат, в буквальном смысле, на поверхности: геотермальные источники Камчатки с температурой до 200 градусов на глубине всего лишь 3,5 км могут обеспечить работу не одной мини электростанции.
Геотермальная энергетика России начала своё развитие в 1966 году: именно тогда была построена первая такая электростанция. Сегодня с помощью камчатских источников можно вырабатывать до 300 МВт электроэнергии, но реально используется лишь 25%. Геотермальные воды Курильской гряды обладают потенциалом в 200 МВт: этого достаточно для полного обеспечения электроэнергией всего региона. Но не только Дальний Восток привлекателен для развития геотермальной энергетики: большим потенциалом обладают Ставропольский и Краснодарский края, Кавказ. Температура подземных вод достигает здесь 125 градусов. Недавно геотермальное месторождение было обнаружено в Калининградской области.
На Камчатке, в 120 км от города Петропавловск – Камчатский, действует Мутоновская электростанция мощностью 50 МВт, построенная на высоте 1 км над уровнем моря, у подножия вулкана.
Неподалеку расположена Верхне – Мутоновская мощностью 12 МВт.
В настоящее время геотермальные источники энергии обеспечивают на Камчатке до 25 % всей потребляемой энергии, что значительно помогает ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута.
Достоинства геотермальной энергетики:
практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени года, суток.
необходимость обратной закачки отработанной воды, т. к. в геотермальных водах содержится много токсичных веществ, что исключает сброс этих вод в природные водоёмы, расположенные на поверхности.
используется бесплатная энергия;
экологически чисты, не влияют на тепловой баланс атмосферы.
работа ветровых установок неблагоприятно влияет на работу телевизионной сети;
источник шума (этот район покидают животные и птицы);
если наступает затишье, энергия не вырабатывается.
Учитель: Учёные достаточно оптимистично смотрят на проблемы развития нетрадиционных источников электрической энергии и считают , что именно за ними энергетика будущего.
Ученик: Главный потребитель электроэнергии - промышленность (около 70%). Крупным потребителем является транспорт. Большая часть используемой энергии превращается в механическую. Почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электродвигателями.
Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей (электросварка, электролиз)
Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается. Удовлетворить её можно двумя способами. С одной стороны можно увеличить число электростанций. Однако их строительство требует времени и затрат. Кроме того, на ТЭС возрастает потребление невозобновляемых природных ресурсов: угля, газа и т. д. Одновременно эти станции наносят большой ущерб экологическому равновесию на Земле.
Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом. Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии. Возможности для этого есть. Одна из них связана с освещением, на которое тратится 25 % всей производимой энергии. Сейчас разработаны энергосберегающие лампы, которые потребляют на 80 % меньше энергии, чем лампы накаливания.
Учитель: Передача электроэнергии также связана с заметными потерями. Чем это вызвано?
Ученик: Потери при передаче электроэнергии вызваны нагреванием проводов (в соответствии с законом Джоуля – Ленца). Уменьшить сопротивление линии достаточно сложно. Чем длиннее линия электропередач (ЛЭП), тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Так, в высоковольтной ЛЭП Волжская ГЭС - Москва используют напряжение 500 киловольт. Генераторы же на электростанциях рассчитаны на напряжение 16 – 20 киловольт, так как большее напряжение потребует дополнительных мер для изоляции обмоток и других частей генератора. Для повышения напряжения используются повышающие трансформаторы. При использовании энергии потребителями напряжение на концах линии понижают.
Производство электроэнергии
Производится электроэнергия на электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.
Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические.
Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.
На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы.
Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания.
Тепловые паротурбинные электростанции - ТЭС наиболее экономичны.
В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару.
В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору.
Вал турбины жестко соединен с валом генератора.
Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов ротора составляет несколько тысяч в минуту.
Тепловые электростанции — ТЭЦ позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд.
В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%.
В России ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией сотни городов.
На гидроэлектростанциях - ГЭС для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды.
Роторы электрических генераторов приводятся во вращение гидравлическими турбинами.
Мощность такой станции зависит от создаваемого плотиной напора и массы воды, проходящей через турбину в каждую секунду.
Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.
Атомные электростанции - АЭС в России дают около 10% электроэнергии.
Использование электроэнергии
Главным потребителем электроэнергии является промышленность - 70% производимой электроэнергии.
Крупным потребителем является также транспорт.
Большая часть используемой электроэнергии сейчас превращается в механическую энергию, т.к. почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электрическими двигателями.
Передача электроэнергии
Электроэнергию не удается консервировать в болыпих масштабах.
Она должна быть потреблена сразу же после получения.
Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.
Передача электроэнергии связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля — Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой
где
R — сопротивление линии,
U — передаваемое напряжение,
Р — мощность источника тока.
При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной.
Значительно снизить сопротивление линии R практически весьма трудно, поэтому приходится уменьшать силу тока I.
Так как мощность источника тока Р равна произведению силы тока I на напряжение U, то для уменьшения передаваемой мощности нужно повысить передаваемое напряжение в линии передачи.
Для этого на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы.
Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.
Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Генераторы переменного тока настраивают на напряжения, не превышающие 16—20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.
Далее для непосредственного использования электроэнергии потребителем необходимо понижать напряжение.
Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.
Понижение напряжения (и соответственно увеличение силы тока) осуществляются поэтапно.
При очень высоком напряжении между проводами может начаться разряд, приводящий к потерям энергии.
Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного сечения провода потери энергии вследствие разряда были незначительными.
Электрические станции объединены высоковольтными линиями электропередачи, образуя общую электрическую сеть, к которой подключены потребители.
Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность распределять нагрузки потребления энергии.
Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям.
Сейчас в нашей стране действует Единая энергетическая система европейской части страны.
Использование электроэнергии
Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя основными способами.
Первый — строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных.
Однако строительство крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат.
Кроме того, тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ.
Одновременно они наносят большой ущерб равновесию на нашей планете.
Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом.
Второй - эффективное использование электроэнергии: современные люминесцентные лампы, экономия освещения.
Большие надежды возлагаются на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций.
Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не повышению мощности электростанций.
Производство, передача и использование электрической энергии. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика
Что такое электроэнергия? Каковы ее особенностями развития на современном уровне? Кто является основными производителями электроэнергии в современном мире и в частности в России. А какие простые меры помогут сэкономить электроэнергию энергию в быту? Ответы на эти и не только вопросы вы найдете в данном видеоуроке.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Производство и использование электрической энергии"
Под генератором понимается устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.
В современной энергетике применяют индукционные генераторы, в которых используется явление электромагнитной индукции. Преимущество таких генераторов состоит в том, что они позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.
В настоящее время уровень производства и потребления энергии — один из важнейших показателей развития производственных сил общества. При этом ведущую роль играет электроэнергия — самая универсальная и удобная для использования форма энергии. Если потребление энергии в мире увеличивается вдвое примерно за 25 лет, то увеличение потребления электроэнергии в два раза происходит в среднем за 10 лет. Это означает, что все больше и больше процессов, связанных с расходованием энергоресурсов, переводится на электроэнергию.
Электроэнергетика — базовая инфраструктурная отрасль, снабжающая электричеством и теплом все остальные сектора хозяйства. С энергопотреблением прямо связаны и уровень социально-экономического развития, и общая деловая активность, и жизнь каждого человека.
Электроэнергетика имеет связи со всеми секторами экономики, снабжая их произведенными электричеством и теплом и получая от некоторых из них ресурсы для своего функционирования.
Особенностями развития энергетики на современном уровне являются резкое ужесточение экологических требований (в частности, Киотский протокол по выбросам парниковых газов), переход на высокоэффективные и ресурсосберегающие энергетические технологии и попытки поиска альтернативных (без использования традиционного органического топлива) источников энергии. Тем не менее, сегодня главный вклад в мировое производство электроэнергии дает уголь (40 %), заметно меньше — газ (19 %) и далее по 16 % атомная и гидроэнергетика.
И в будущем уверенное лидерство по приросту генерирующих мощностей будет принадлежать углю. Далее по приоритету идут газ, гидроэнергия с возобновляемыми источниками, и совсем небольшая роль отводится атомной энергии.
Производится электроэнергия на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Основными производителями электроэнергии являются:
тепловые электростанции (ТЭС), где тепловая энергия, образующаяся при сжигании органического топлива (уголь, газ, мазут, торф, сланцы и т.д.), используется для вращения турбин, приводящих в движение электрогенератор.
гидроэлектростанции (ГЭС), где в электроэнергию преобразуется механическая энергия потока воды с помощью гидравлических турбин, вращающих электрогенераторы;
атомные электростанции (АЭС), где в электроэнергию преобразуется тепловая энергия, полученная при цепной ядерной реакции радиоактивных элементов в реакторе.
Три основных типа электростанций определяют виды используемых энергоресурсов. Их принято подразделять на первичные и вторичные, возобновляемые и невозобновляемые.
Некоторые виды ресурсов могут относительно быстро восстанавливаться в природе, они называются возобновляемыми: дрова, камыш, торф и прочие виды биотоплива, гидропотенциал рек. Ресурсы, не обладающие таким качеством, называются невозобновляемыми: уголь, сырая нефть, природный газ, нефтеносный сланец, урановая руда. По большей части они являются полезными ископаемыми. Энергия солнца, ветра, морских приливов относится к неисчерпаемым возобновляемым энергетическим ресурсам.
В настоящее время наиболее распространенным видом технологического топлива в мировой электроэнергетике выступает уголь, использующийся на тепловых электростанциях.
Помимо этого, транспортировка угля на значительные расстояния ведет к большим издержкам, что во многих случаях делает его использование нерентабельным. При производстве энергии с использованием угля высок уровень выброса в атмосферу загрязняющих веществ, что наносит существенный вред окружающей среде.
Давайте рассмотрим процесс производства электроэнергии на тепловых электростанциях.
Роторы электрических генераторов на тепловых электростанциях приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания. Конечно, наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору, число оборотов которого достигает нескольких тысяч в минуту.
Из курса физики 10 класса известно, что коэффициент полезного действия тепловых двигателей увеличивается с повышением температуры нагревателя и соответственно начальной температуры рабочего тела (в нашем случае пара или газа). Поэтому пар, поступающий в турбину, доводится до относительно высоких параметров: его температура достигает 550 0 С, а давление составляет порядка 25 МПа.
Однако коэффициент полезного действия ТЭС остается не высоким — порядка 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром.
Большую экономичность и практическое значение имеют тепловые электростанции — так называемые теплоэлектроцентрали (сокращенно ТЭЦ), которые позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд (например, для отопления и горячего водоснабжения). В результате этого КПД ТЭЦ достигает 60–70 %. В настоящее время в России ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают теплом и электроэнергией сотни городов.
Большое значение в структуре источников электроэнергии сохраняют гидроресурсы, хотя их доля за последние десятилетия несколько сократилась. Преимущества этого источника в его возобновляемости и относительной дешевизне. Но возведение гидростанций оказывает необратимое воздействие на окружающую среду, так как обычно требует затопления значительных территорий при создании водохранилищ. Кроме того, неравномерность распределения водных ресурсов на планете и зависимость от климатических условий ограничивают их гидроэнергетический потенциал.
На гидроэлектростанциях для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение гидравлическими турбинами. Мощность такой станции зависит от создаваемой плотиной разности уровней воды и от массы воды, проходящей через турбину каждую секунду.
У России большой гидроэнергетический потенциал, что подразумевает значительные возможности развития отечественной гидроэнергетики. В настоящее время, гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии. На территории Российской Федерации сосредоточено около 9% мировых запасов гидроресурсов. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе место в мире после Китая, опережая при этом США, Бразилию и Канаду.
Выработка электроэнергии российскими ГЭС обеспечивает ежегодную экономию 50 млн тонн условного топлива. За единицу условного топлива Международное энергетическое агентство приняло нефтяной эквивалент. Одна тонна нефтяного эквивалента равняется 11,63 МВт×ч энергии. Потенциал экономии составляет 250 млн тонн; позволяет снижать выбросы CO2 в атмосферу на величину до 60 млн тонн в год, что обеспечивает России практически неограниченный потенциал прироста мощностей энергетики в условиях жестких требований по ограничению выбросов парниковых газов.
Все большее распространение получает использование урана. Это топливо обладает колоссальной эффективностью по сравнению с прочими сырьевыми источниками энергии. Однако применение радиоактивных веществ сопряжено с риском масштабного загрязнения окружающей среды в случае аварии. Кроме того, возведение АЭС и утилизация отработанного топлива чрезвычайно капиталоёмкие. Развитие этого вида энергетики осложняется и тем, что пока немногие страны могут обеспечить подготовку научных и технических специалистов, способных разработать технологии и обеспечить квалифицированную эксплуатацию АЭС.
Россия обладает технологией ядерной электроэнергетики полного цикла от добычи урановых руд до выработки электроэнергии.
На сегодняшний день в нашей стране эксплуатируется 10 атомных электростанций (АЭС) — в общей сложности 33 энергоблока установленной мощностью 23,2 гигаватта, которые вырабатывают около 17% всего производимого электричества. В стадии строительства – еще 5 АЭС.
Растет внимание к возобновляемым источникам энергии. В частности, активно разрабатываются технологии использования энергии солнца и ветра, потенциал которых огромен. Правда, на сегодняшний день использование солнечной энергии в промышленных масштабах в большинстве случаев оказывается менее эффективным по сравнению с традиционными видами ресурсов. Что касается энергии ветра, в развитых странах (прежде всего под влиянием экологических движений) ее применение в электроэнергетике значительно увеличилось. Нельзя не упомянуть также геотермальную энергию, которая может иметь серьезное значение для некоторых государств,таких как Исландия, Новая Зеландияили отдельных регионов, как например, в России — для Камчатки, Ставропольского и Краснодарского краев, Калининградской области.
Так как же используется электроэнергия?
Главным ее потребителем является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Также крупным потребителем электроэнергии является транспорт. В настоящее время все большее количество железнодорожных линий переводится на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от электростанций для производственных и бытовых нужд. Электроэнергия применяется для освещения жилищ и в бытовых электроприборах.
Большая часть используемой электроэнергии сейчас превращается в механическую энергию. Почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электрическими двигателями, т.к. они удобны, компактны и допускают возможность автоматизации процесса.
Помимо этого, около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей, таких как электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и тому подобное.
Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что современная цивилизация немыслима без широкого использования электроэнергии. А нарушение снабжения электроэнергией крупного города при аварии парализует его жизнь.
В настоящее время потребность в электроэнергии постоянно увеличивается, как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту.
Возможности для более эффективного использования электроэнергииимеются, и немалые.
Приведем несколько основных способов экономии электроэнергии в быту.
Во-первых, всегда выключайте свет, выходя надолго из помещения. При выходе из дома выключайте из розеток все бытовые приборы, кроме холодильника. Даже если у вас телевизор или компьютер новейшей модели, то в месяц в режиме ожидания они потребляют, соответственно, 0,2 кВт и 3,6 кВт в месяц, а устаревшие модели в несколько раз больше.
Замените лампы накаливания на энергосберегающие. Они не только экономят электричество, но и служат в 5-8 раз дольше. Затраты на покупку энергосберегающих ламп окупаются менее чем за год. При покупке энергосберегающих ламп обратите внимание на свет, который они излучают – теплый или холодный. Теплый свет наиболее близкий к свету ламп накаливания или естественному солнечному свету, а холодный аналогичен свету люминесцентных ламп и иногда режет глаза. Лампы холодного света можно использовать на общей площадке или для освещения балкона.
Покупайте бытовую технику класса А, А+, А++. Благодаря этому, экономия электроэнергии в конце месяца будет очевидна. По сравнению с приборами более низкого класса энергопотребления, они потребляют электричества на 30-40% меньше.
Правильно используйте электрочайник. Он потребляет от 2 до 3 кВт электроэнергии. Чтобы сэкономить электроэнергию, придерживайтесь простых правил: кипятить столько воды, сколько нужно в данный момент, и своевременно удаляйте накипь в чайнике. Если у вас электроплита, то для приготовления супов, макаронов и варки овощей целесообразнее кипятить воду в электрочайнике и переливать в кастрюлю на электроплите, т.к. вода в электрочайнике закипает быстрее и на это затрачивается меньше электроэнергии.
Не допускайте нагрева холодильника прямыми солнечными лучами и не ставьте его у плиты или батареи отопления. Также для экономии электроэнергии необходимо своевременно размораживать холодильник и никогда не ставить в него горячие блюда.
Загружайте стиральную машину согласно инструкции. Слишком большая или слишком маленькая загрузка не позволяют экономно расходовать электричество. Перерасход электроэнергии может составлять до 30%.
Во время глажки старайтесь начинать и заканчивать процесс глажкой вещей, требующих низкого температурного режима. Тогда последние платки и косынки можно гладить уже выключенным утюгом.
Не забывайте менять или чистить фильтры пылесоса, ведь иначе они будут затрудняют его работу, уменьшают тягу воздуха и, как следствие, увеличивают его энергопотребление.
Используйте теплоотражающие экраны. Очень много электроэнергии поглощают обогревательные приборы, используемые в осенне-зимний период. Сократить их использование помогут теплоотражающие экраны из фольги или пенофола, установленные за батареями. Данная мера поможет повысить температуру в комнате на 2-3 градуса.
Помимо всего вышеперечисленного, можно экономить энергию, приняв простые меры по утеплению помещения. Во-первых, утеплите окна, заткнув все щели или поменяйте деревянные стеклопакеты на более качественные пластиковые. Через окна может уходить до 50% тепла. Во-вторых, повесьте на окна теплые плотные ночные занавески.
Замените старую проводку. Иногда, повышенное потребление электричества возникает из-за старости электропроводки. В этом случае достаточно заменить ее, получив не только возможность сэкономить, но и повысив пожарную безопасность помещения.
Включайте кондиционер лишь тогда, когда закрыты все окна и двери, иначе кондиционер будет охлаждать улицу или другие помещения.
Чаще мойте лампы, плафоны и окна. Грязь и пыль снижают освещенность в помещении на 30%. Еще не забудьте снять с подоконника большие растения и не задергивайте днем шторы, рационально используйте естественное освещение.
Читайте также: