Мобильные источники электроэнергии реферат

Обновлено: 30.06.2024

В наше время людям энергии требуется всё больше и больше энергии, поскольку они придумывают всё больше и больше новых изобретений, для которых требуется энергия.

Энергетика зародилась много миллионов лет назад, когда люди научились добывать огонь: они охотились с помощью огня, получали свет и тепло, и он служил источником радости и оптимизма на протяжении многих лет.

В нашем проекте мы расскажем о возможных экологически-чистых источниках энергии, которыми бы люди не загрязняли окружающий мир, в котором мы живём.

1.Ветровая энергия

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Они дают довольно много энергии, тем более если поставить несколько ветроэлектрических станций, то этой энергии хватит на долго.

Но существует несколько важных проблем: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ветра в безветренную погоду.

Для этого существует простое решение: ветряное колесо движет насос, которой накачивает воду в расположенное ниже водяное хранилище и вода стекая вниз приводит в действие водяную турбину. Существует ещё один более перспективный способ – электрический ток от ветряной мельницы разлагает воду на кислород и водород, который хранится в хранилище и его можно сжигать на тепловых электростанциях по мере надобности.

2.Энергия рек

Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода – ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

Вода была первым источником энергии, и, вероятно, первой машиной, в которой человек использовал энер­гию воды, была примитивная водяная турбина. Свыше 2000 лет назад горцы на Ближнем Востоке уже поль­зовались водяным колесом в виде вала с лопатками.

Шагом вперед было водяное колесо Витрувия. Это вертикальное колесо с большими лопатками и гори­зонтальным валом. Вал колеса связан деревянными зубчатыми колесами с вертикальным валом, на кото­ром сидит мельничный жернов.

Этот способ получения энергии даёт меньше энергии, чем ветровой, но тоже весьма практичен и не требует много затрат.

3.Геотермальная энергия

Земля, эта маленькая зеленая планета, наш общий дом, из которого мы пока не можем, да и не хотим, ухо­дить. По сравнению с мириадами других планет Земля действительно невелика: большая ее часть покрыта уют­ной и живительной зеленью. Но эта прекрасная и спо­койная планета порой приходит в ярость, и тогда с ней шутки плохи – она способна уничтожить все, что мило­стиво дарила нам с незапамятных времен. Грозные смерчи и тайфуны, неукротимые воды рек и морей разрушают все на своем пути, лесные пожары за считанные часы опустошают огромные тер­ритории вместе с постройками и посевами.

Но все это мелочи по сравнению с извержением про­снувшегося вулкана. Едва ли сыщешь на Земле другие примеры стихийного высвобождения природной энергии, которые по силе могли бы соперничать с некоторыми вулканами.

С геологической точки зрения геотермальные энерго­ресурсы можно разделить на гидротермальные конвективные системы, горячие сухие системы вулканического происхождения и системы с высоким тепловым потоком.

4.Гидротермальные системы

К категории гидротермальных систем относят подземные бассейны пара или горячей воды, ко­торые выходят на поверхность земли, образуя гейзеры, сернистые грязевые озера и фумаролы. Образование та­ких систем связано с наличием источника теплоты го­рячен или расплавленной скальной породой, располо­женной относительно близко к поверхности земли. Они обычно размещаются по границам тектонических плит земной коры, которым свойственна вулканическая активность.

В принципе для производства электроэнергии на месторождениях с горячей водой применяется метод, основанный на использовании пара, образовавшегося при испарении горячей жидкости на поверхности. Этот метод использует то явление, что при приближении го­рячей воды (находящейся под высоким давлением) по скважинам из бассейна к поверхности давление падает и около 20 % жидкости вскипает и превращается в пар.

Этот способ очень трудно осуществить этот способ в Латвии, так как очень трудно найти подводные воды в Латвии.

5.Горячие системы вулканического происхождения

Ко второму типу геотермальных ресурсов (горячие системы вулканического происхождения) относятся маг­ма и непроницаемые горячие сухие породы (зоны за­стывшей породы вокруг магмы и покрывающие ее скаль­ные породы). Получение геотермальной энергии непо­средственно из магмы пока технически неосуществимо. Технология, необходимая для использования энергии горячих сухих пород, только начинает разрабатываться. Предварительные технические разработки методов использования этих энергетических ресурсов предусматри­вают устройство замкнутого контура с циркулирующей по нему жидкостью, проходящего через горячую породу. Сначала пробуривают скважину, достигающую области залегания горячей породы; затем через нее в породу под большим давлением закачивают холодную воду, что приводит к образованию в ней трещин. После этого через образованную таким образом зону трещино­ватой породы пробуривают вторую скважину. Наконец, холодную воду с поверхности закачивают в первую скважину. Проходя через горячую породу, она нагрева­ется (извлекается через вторую скважину в виде пара или горячей воды, которые затем можно использовать для производства электроэнергии одним из рассмотрен­ных ранее способов).

Этот способ невозможно использовать этот способ, в связи с отсутствием вулканов.

6.Системы с высоким тепловым потоком

Геотермальные системы третьего типа существуют в тех районах, где в зоне с высокими значениями теплово­го потока располагается глубокозалегающий осадочный бассейн. В таких районах, как Парижский или Венгерский бассейны, температура воды, поступающая из сква­жин, может достигать 100 °С.

Особая категория месторождений этого типа нахо­дится в районах, где нормальный тепловой поток через грунт оказывается в ловушке из изолирующих непрони­цаемых пластов глины, образовавшихся в быстро опускающихся геосинклинальных зонах или в областях опускания земной коры. Температу­ра воды, поступающей из геотермальных месторождений в некоторых зонах, может достигать 150–180°С.

7. Энергия мирового океана

8.Энергия приливов и отливов

Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой, Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив. Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна, наступает слабый прилив. Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней.

Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

С помощью научных формул можно рассчитать место, где можно поставить электростанцию и получить самое большое количество энергии.

9. Энергия солнца

Для древних народов Солнце было богом. В Верхнем Египте, культура которого восходит к четвертому тысячелетию до н.э., верили, что род фараонов ведет свое происхождение от Ра – бога Солнца. Надпись на одной из пирамид представляет фараона как наместника Солнца на Земле, «который исцеляет нас своей заботой, когда выйдет, подобно Солнцу, что дает зелень землям.

Своей жизнетворной силой Солнце всегда вызывало у людей чувства поклонения и страха. Народы, тесно связанные с природой, ждали от него милостивых даров – урожая и изобилия, хорошей погоды и свежего дождя или же кары – ненастья, бурь, града. Поэтому в народном искусстве мы всюду видим изображение Солнца: над фасадами домов, на вышивках, в резьбе и т. п.

Во всех приведенных примерах солнечная энергия используется косвенно, через многие промежуточные превращения. Заманчиво было бы исключить эти превращения и найти способ непосредственно преобразовывать тепловое и световое излучение Солнца, падающее на Землю, в механическую или электрическую энергию. Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько ее содержится во всех разведанных запасах ископаемых топлив, а за 1 с – 170 млрд.

Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Существуют несколько способ применения солнечной энергии как альтернативной энергии: водоём, нагреваемый солнцем, плита с аккумулятором, находящаяся на возвышенности и изогнутое зеркало.

10.Атомная энергия

Энергетический ядерный реактор устроен довольно просто – в нем, так же как и в обычном котле, вода превращается в пар. Для этого используют энергию, выделяющуюся при цепной реакции распада атомов урана или другого ядерного топлива. На атомной электростанции нет громадного парового котла, состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту махину заменил относительно небольшой ядерный реактор.

Атомные реакторы на тепловых нейтронах различаются между собой главным образом по двум признакам: какие вещества используются в качестве замедлителя нейтронов и какие в качестве теплоносителя, с помощью которого производится отвод тепла из активной зоны реактора. Наибольшее распространение в настоящее время имеют водо-водяные реакторы.

11. Водородная энергетика

Передача электроэнергии по проводам обходится очень дорого: она составляет около трети себестоимости энергии для потребителя. Чтобы снизить расходы, строят линии электропередачи все более высокого напряжения. Но воздушные высоковольтные линии требуют отчуждения большой земельной площади, к тому же они уязвимы для очень сильных ветров и иных метеорологических факторов. А подземные кабельные линии обходятся в 10 – 20 раз дороже, и их прокладывают лишь в исключительных случаях (например, когда это вызвано соображениями архитектуры или надежности).

Серьезнейшую проблему составляет накопление и хранение электроэнергии, поскольку электростанции наиболее экономично работают при постоянной мощности и полной нагрузке. Между тем спрос на электроэнергию меняется в течение суток, недели и года, так что мощность электростанций приходится к нему приспосабливать. Единственную возможность сохранять впрок большие количества электроэнергии в настоящее время дают гидроаккумулирующие электростанции, но и они в свою очередь связаны с множеством проблем.

Все эти проблемы, стоящие перед современной энергетикой, могло бы – по мнению многих специалистов – разрешить использование водорода в качестве топлива и создание так называемого водородного энергетического хозяйства.

Водород, самый простой и легкий из всех химических элементов, можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть вода. При сжигании водорода образуется вода, которую можно снова разложить на водород и кислород, причем этот процесс не вызывает никакого загрязнения окружающей среды.

Водород – синтетическое топливо. Его можно получать из угля, нефти, природного газа либо путем разложения воды. Согласно оценкам, сегодня в мире производят и потребляют около 20 млн. т водорода в год. Половина этого количества расходуется на производство аммиака и удобрений, а остальное – на удаление серы из газообразного топлива, в металлургии, для гидрогенизации угля и других топлив. В современной экономике водород остается скорее химическим, нежели энергетическим сырьем.

Его можно транспортировать по трубам как природный газ.

Ещё одно полезное качество водорода – им можно заменить бензин и выхлопные газы больше не будут загрязнять нашу природу.

Классификация и типы аккумуляторов, сравнительное описание и история разработок. Основные проблемы, существующие при их эксплуатации: взрывоопасность, вздутие, потеря заряда (старость). Главные причины и предпосылки самых распространенных проблем.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 11.03.2018
Размер файла 28,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Портативные источники энергии - аккумуляторы. Перспектива модернизации

Традиционно начнём с истории возникновения мобильных источников энергии, и первом их применении.

Первые опыты, показавшие возможность аккумулировать, т.е. скоплять электрическую энергию, были произведены вскоре после открытия итальянским ученым Вольтой явлений гальванического электричества.

В 1801 году французский физик Готеро, пропуская через воду посредством платиновых электродов ток, обнаружил, что после того, как ток через воду прерван, можно, соединив между собой электроды, получить кратковременный электрический ток.

Ученый Риттер проделывал затем тот же опыт, употребляя вместо платиновых элекродов электроды из золота, серебра, меди и т.д. и отделяя их друг от друга кусками сукна, пропитанными растворами солей, он получил первый вторичный, т.е. способный отдавать запасенную в нем электрическую энергию, элемент.

Первые попытки создать теорию такого элемента были сделаны Вольтой, Марианини и Бекерелем, которые утверждали, что действие аккумулятора зависит от разложения электрическим током растворов солей на кислоту и щелочь и что эти последние затем, соединяясь, дают снова электрический ток.

Эта теория была разбита в 1926 году опытами Дерярива, который первый применил в аккумуляторе подкисленную воду.

Большое практическое усовершенствование в развитии аккумуляторов было внесено в 1859 году Гастоном Планте, который в результате длинного ряда опытов пришел к типу аккумулятора, состоящего из свинцовых пластин с большой поверхностью, которые при заряжении током покрывались окисью свинца, а. выделяя кислород и жидкость, отдавали электрический ток.

Дальше аккумулятор подвергался множественным усовершенствованием различных учёных, в результате первый не свинцовый аккумулятор был запатентован Эдиссоном и Юнгнером.

Этот аккумулятор состоит из двух систем пластин, содержащих одна окись железа, а другая черную окись никкеля, опущенных в 20% раствор едкой щелочи, обычно едкого кали, с прибавлением 0,5 - 1% едкого лития.

Элементы Эдиссона и Юнгнера получили широкое применение в тех случаях, когда необходим малый вес и неприхотливость аккумуляторов к зарядке, так как они могут стоять как угодно долго в разряженном состоянии. Вытеснить свинцовые аккумуляторы они, однако, не смогли как благодаря их высокой цене, так и вследствие малой отдачи и низкого напряжения, даваемого ими. Таким образом, железониккелевым аккумуляторам отведено, большое место во всех переносных и подвижных установках, в то время как за свинцовыми аккумуляторами стало широкое поле применения в стационарных установках[3].

В 1881 году, буквально перед появлением первого автомобиля был создан первый аккумулятор, похожий на современный. В нем уже использовались свинцовые литые решетки с запрессованной в них пасты двуокиси свинца.

С началом производства автомобилей, когда путем недолгих испытаний остановились на искровой системе зажигания, потребовался источник электроэнергии. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи оказалась как нельзя кстати, так как аккумулятор можно было снимать с автомобиля и проводить зарядку.

Снимать аккумуляторную батарею требовалось потому, что первые автомобили не имели генератор. А вся система электрооборудования автомобиля состояла из аккумуляторной батареи и несложной системы зажигания.

В дальнейшем автомобили стали оборудовать электрическими фарами, которые пришли на замену масляных и ацетиленовых горелок.

Первый автомобиль, который оснащен генераторам, был Cadillac и, сконструирован он в 1912 году. На автомобиле наряду с 6-вольтовым свинцово-кислотным аккумулятором имелось также резервное питание системы зажигания в виде сухих батареек.

Корпусы первых аккумуляторов изготавливались из деревянных досок, а впоследствии - из эбонита. Каждый элемент аккумулятора имел рабочее напряжение примерно 2,2 Вольта. Уже эти элементы формировались в одном корпусе и создавали 6-вольтовые аккумуляторы с тремя элементами, 12-вольтовые с шестью элементами и 24-вольтовые с двенадцатью элементами.

На легковых автомобиля прошлого века использовалась 6-вольтовая система электрооборудования. И только во второй половине XX века электрооборудование было переведено на напряжение в 12-вольт.

Легкий и прочный полипропилен заменил эбонит, из которого изготавливались корпуса аккумуляторных батарей. Синтетические материалы первыми стали применять в 1941 году австрийская фирма Baren. А фирма Johnson Controls в середине 60-х годов для изготовления корпусов аккумуляторов начала использовать полипропилен.

С тех пор в конструкции свинцово-кислотных аккумуляторных батарей произошло много других изменений, которые влияют на срок службы и технические параметры аккумулятора[4].

На современно этапе аккумуляторы можно поделить на пять типов: SLA (герметичный свинцово-кислотный), NiCD (никель-кадмиевый), NiMH (никель-металл-гидридный), Li-Ion (литий-ионный), Li-Pol (литий-полимерный). Давайте каждый по отдельности рассмотрим и приведём их основные сводные характеристики в таблицу.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы (SLA) - наиболее доступные по цене вторичные (перезаряжаемые) источники тока. Доступные, в нынешней экономике, означает, во-первых, наличие в продаже типовых батарей напряжением 6В и 12В, емкостью от одного до тысячи А*ч, во-вторых, то, что за 1 вечнозеленый у. е. можно купить от 1.5 до 6 Вт*ч номинальной емкости. Меньшая цифра соответствует малым батареям, большая - большим.

Особенность герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов заключается в том, что электролит в них не жидкий, а гелеобразный. Корпус аккумуляторов герметичен. Эти качества позволяют использовать аккумуляторную батарею в любом положении, не боясь утечки электролита. Гелиевые кислотно-свинцовые батареи не требуют периодического пополнения электролита.

За счёт использования электродов из эффективного свинцово-кальциевого сплава аккумуляторные батареи имеют длительный срок службы и работоспособны при интервале температур от -20 0 С до +50 0 C.

Герметичные кислотно-свинцовые аккумуляторы пригодны и в радиолюбительской практике для резервирования питания различных самодельных электронных приборов.

Максимальный пятисекундный ток разрядки герметичного аккумулятора может достигать 360 Ампер! (у аккумуляторов ёмкостью 38 А*ч и номинальным напряжением 12 вольт).

Зарядное напряжение при циклическом режиме работы (для 12 вольтовых аккумуляторов) составляет 14,4 - 15 Вольт. Для резервного режима 13,5 - 13,8 Вольт (такой режим используется в автоматических охранных и пожарных системах).

Недостатки герметичных аккумуляторных батарей

Несмотря на корпус из ударопрочного пластика не стоит надеяться на его надёжность. Если на корпусе аккумулятора есть трещины и сколы, то вскоре сквозь эти трещины начнёт просачиваться электролит, особенно если трещина на донной части корпуса. Так как электролит в герметичных батареях в виде геля, то утечка электролита слабая. Утечку электролита можно предотвратить, плотно заклеив трещину в корпусе, например скотчем. Работоспособность аккумулятора при таком дефекте, как правило, сохраняется[1].

Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd) любят быстрый заряд, медленный разряд до состояния полного разряда и подзарядку импульсами тока, в то время как батареи других типов предпочитают частичный разряд и умеренные токи нагрузки. Это тип аккумуляторов, которые способны работать в самых жестких условиях.

§ Возможность быстрого и простого заряда, даже после длительного хранения аккумулятора;

§ Большое количество циклов заряд / разряд: при правильной эксплуатации - более 1000 циклов;

§ Хорошая нагрузочная способность и возможность эксплуатации при низких температурах;

§ Продолжительные сроки хранения при любой степени заряда;

§ Сохранение стандартной емкости при низких температурах;

§ Наибольшая приспособленность для использования в жестких условиях эксплуатации;

§ Относительно низкая по сравнению с другими типами аккумуляторных батарей энергетическая плотность;

§ Присущий этим аккумуляторам эффект памяти и необходимость проведения периодических работ по его устранению;

§ Токсичность применяемых материалов, что отрицательно сказывается на экологии, и некоторые страны ограничивают использование аккумуляторов этого типа;

§ Относительно высокий саморазряд - после хранения неоходим цикл заряда.

Никель-металлгидридные аккумуляторы в последние десятилетия существенно потеснили никель-кадмиевые во многих областях техники. Особенно широко они применяются в автономных источниках питания портативной аппаратуры, где увеличение их удельных характеристик в 1,5-2 раза по сравнению с никель-кадмиевыми привело к улучшению потребительских свойств этой аппаратуры[6].

Никель-металлгидридные (NiMH) аккумуляторы имеют внутреннюю конструкцию, схожую с конструкцией никель-кадмиевых аккумуляторов. Положительный оксидно-никелевый электрод, щелочной электролит и расчетное давление водорода совпадают в обеих аккумуляторных системах. Различны только отрицательные электроды: у никель-кадмиевых аккумуляторов - кадмиевый электрод, у никель-металлгидридных - электрод на базе сплава поглощающих водород металлов.

В современных никель-металлгидридных аккумуляторах используется состав водородоадсорбирующего сплава вида AB2 и AB5. Другие сплавы вида AB или A2B не получили широкого распространения. Символом A обозночается металл (или смесь металлов), при образовании гидридов которых выделяется тепло. Соответственно, символ B обозначает металл, который реагирует с водородом эндотермически.

§ Большая емкость - на 40% и более, чем обычные NiCd батареи

§ Простая возможность транспортировки - авиакомпании перевозят без всяких предварительных условий

§ Экологически безопасны - возможна переработка

§ Ограниченное время жизни батареи - обычно около 500-700 циклов полного заряда / разряда (хотя в зависимости от режимов работы и внутреннего устройства могут быть различия в разы).

§ Эффект памяти - NiMH батареи требуют периодической тренировки (цикла полного разряда / заряда аккумулятора)

§ Относительно малый срок хранения батарей - обычно не более 3х лет при хранении в разряженном состоянии, после чего теряются основные характеристики. Хранение в прохладных условиях при частичном заряде в 40-60% замедляют процесс старения батарей.

§ Высокий саморазряд батарей

§ Ограниченная мощностная емкость - при превышении допустимых нагрузок уменьшается время жизни батарей.

§ Требуется специальное зарядное устройство со стадийным алгоритмом заряда, поскольку при заряде выделяется большое количество тепла и никель-металлгидридные батареи прохо переносят перезаряд.

§ Плохая переносимость высоких температур (свыше 25-30 по Цельсию) [9].

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) - тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и электромобили. Первый литий-ионный аккумулятор выпустила корпорация Sony в 1991 году.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов зависят от химического состава составляющих компонентов и варьируются в следующих пределах:

§ Напряжение единичного элемента:

§ номинальное: 3,7 В (у аккумуляторов на максимальное напряжение 4,35 В номинальное напряжение равно 3,8 В) (при разряде до середины ёмкости током, по величине равной пятой части ёмкости аккумулятора);

§ максимальное: 4,23 В или 4,4 В (у аккумуляторов на 4,35 В);

§ минимальное: 2,5-2,75-3,0 В (в зависимости от ёмкости и максимального напряжения);

§ Удельная энергоёмкость: 110 до 243 Втч/кг;

§ Внутреннее?сопротивление: 5 до 15 мОм / Ач;

§ Число циклов заряд / разряд до достижения 80% ёмкости: 600;

§ Время быстрого заряда: 15 мин до 1 час;

§ Саморазряд при комнатной температуре: 3% в месяц;

§ Ток нагрузки относительно ёмкости С представленной в Ач:

§ постоянный: до 65С;

§ импульсный: до 500С;

§ оптимальный: до 1С;

§ Диапазон рабочих температур: от ?20°C до +60°C (наиболее оптимальная +20°C);

§ Высокая энергетическая плотность (ёмкость)

§ Не требуют обслуживания

§ Имеет эффект памяти (снижается электроёмкость при зарядке на холоде или в жару) [5].

Литий-полимерные аккумуляторные батареи (Li-Pol)

По своей энергоёмкости литий-полимерные аккумуляторные батареи имеют удельную энергоёмкость в 4-5 раз больше никель-кадмиевых и в 3-4 раза выше никель-металлогидридных. Оба этих типа относятся к щелочным АКБ. Сравнение производится именно с ними, поскольку в основном литиевые батареи заменили щелочные в мобильной электронике.

Li-Pol батареи имеют ресурс в 500-600 циклов заряд-разряд (при токе разряда 2С). По этому показателю они проигрывают кадмиевым (1 тысяча циклов) и примерно соответствуют металлогидридным. Технология производства и конструкция постоянно совершенствуется и в будущем, возможно, характеристики улучшаться. Стоит также отметить, что за 1-2 года полимерная АКБ теряет примерно 20% от своей ёмкости. По этому параметру они соответствуют ионным аккумуляторам[7].

Всю вышеперечисленную информацию можно свести для удобства в одну сводную таблицу.

Эффективность, универсальность и мобильность – вот лишь некоторые из свойств, которыми должны обладать современные дизель-генераторы, компрессоры и осветительные мачты. Достижения в сфере технологий, связанных с производством строительного оборудования, помогают повысить производительность и снизить расходы, а также улучшить условия труда, равно как и продуктивность на рабочих площадках. Справедливости ради стоит заметить, что эти достижения, с одной стороны, увеличивают количество возможных решений, а с другой – создают проблему правильного выбора.

Если для примера рассмотреть генераторы, то оптимальное соотношение размеров данного оборудования и его мощности имеет в этом случае решающее значение. Есть вероятность, что слишком большой и мощный генератор может использоваться недостаточно, особенно если режим работы непостоянный. Недостаточная мощность может привести к внезапному срабатыванию защиты и отключению, что вызовет перебои в работе с непредсказуемыми последствиями. Поэтому перед выбором генератора необходимо сделать правильные расчеты и определить его мощность (с небольшим запасом), достаточную для одновременной работы инструментов и оборудования, которые потенциально могут быть подключены в любое время. Следует также обратить внимание на расход топлива, систему управления, подготовку для перевозки и т. п. Инверторные генераторы обеспечивают чистую и тихую работу без вибрации и лучше подойдут для чувствительного оборудования, однако цена их выше.

Одна из компаний, которая находится на передовых позициях с точки зрения ассортимента предлагаемой продукции, – это Chicago Pneumatic. Новая линейка генераторов CPDG c дизельными двигателями Perkins (Англия) и Volvo (на двух старших моделях) создана для различных задач и условий эксплуатации. Из особенностей можно отметить топливные баки большого объема, специальные проемы в основании для вил погрузчика, которые упрощают погрузку. Усиленная рама и толстостенный ударостойкий оцинкованный кожух с порошковым покрытием придают установкам необходимую жесткость: данное оборудование можно поднимать, используя единственную проушину. Предусмотрены модификации с открытой рамой и с шумопоглощающим кожухом. Номинальная полезная мощность моделей линейки CPDG составляет от 12 до 250 кВА.

Компания Atlas Copco с целью повышения удельной мощности дополнила линейку продукции серии QAS новой моделью QAS 630. Построенная на базе компактной рамы предшествующей модели QAS 500 новинка способна вырабатывать на 20% больше электроэнергии при прежних габаритах. Как и другие модели серии, QAS 630 с модульной компоновкой отличается компактностью и прочностью. Генератор имеет оцинкованный корпус и герметичную раму. Стандартный топливный бак емкостью 900 л обеспечивает работу при полной нагрузке на протяжении всей смены. С дополнительным баком время непрерывной работы может достигать до 24 ч в зависимости от нагрузки. К числу других функций относятся возможность дистанционного запуска и настройки машины, а также анализа данных. Контроллер дополнен системой управления мощностью, которая позволяет оптимизировать расход топлива, продлить срок службы генераторов, работающих параллельно, и создать передвижную или независимую электростанцию. Дополнительно также доступно цифровое устройство автоматического регулирования напряжения Digital AVR. Этот контроллер позволяет снизить мощность генератора при необходимости, что в свою очередь способствует снижению расхода топлива, увеличению межремонтного интервала и увеличению срока службы.

Atlas Copco выпустила также два новых инверторных генератора – модели P 2000i и P 3500i. Портативные генераторы серии iP предназначены для использования там, где требуется ручной электроинструмент, они просты в эксплуатации и оснащены ручным (P 2000i) и электрическим (P 3500i) запуском. Они также отличаются низким расходом топлива благодаря частотно-регулируемому приводу, обеспечивающему оптимальную частоту вращения в зависимости от нагрузки. Тепловая защита позволяет генераторам работать эффективно даже в экстремальных погодных условиях, а автоматическая регулировка напряжения (AVR) гарантирует бесперебойную подачу электроэнергии. В двух словах принцип их работы состоит в следующем. Сначала инвертор генерирует многофазный переменный ток высокого напряжения. Затем переменный ток преобразуется в постоянный. Заключительным этапом является обратное преобразование постоянного тока в переменный с требуемой частотой и напряжением. Для увеличения общей мощности генераторы можно соединять и использовать параллельно, а запас топлива позволяет работать до 6 ч без повторной заправки. Компактные изделия Atlas Copco оборудованы шумопоглощающими кожухами и обладают относительно небольшой массой (21 и 45 кг соответственно).

Компания HIMOINSA только что реализовала линейку генераторных установок Silent Plus с пониженным уровнем шума (примерно 60 дБ) и без ограничений производительности на базе двигателей Yanmar, FPT-Iveco и Scania мощностью от 20 до 500 кВА. Низкий уровень шума достигается за счет особой конструкции впускного и выпускного воздуховодов. Кроме того, в стандартную комплектацию добавлены два глушителя, а также использованы качественные шумоизоляционные материалы, такие как Rockwool плотностью 145 кг/м 3 , толщиной 100 мм и специально подобранные по размеру и динамическим характеристикам сайлент-блоки для сборки двигатель-альтернатор. Топливный бак объемом 1660 л в сочетании с экономичным двигателем позволяет работать без дозаправки в течение 30 ч. Дополнительно предлагается разъем Рowerlock, рассчитанный на полную мощность дизель-генератора. Фазы отличаются формой и цветом, а соединение фиксируется поворотом.

Линейка генераторов для сектора аренды дополнена новыми газовыми электростанциями HIMOINSA серии HRGP: 25 T5 LPG, 40 T5 LPG и 60 T5 LPG номинальной мощностью 25; 40 и 60 кВА соответственно. Генераторы укомплектованы шумозащитными всепогодными кожухами и встроенными баками для хранения сжиженного газа. Емкости бака достаточно для непрерывной работы генератора в течение 24 ч без дозаправки. В случае необходимости газовый электрогенератор может быть подключен к внешней емкости сжиженного газа. Помимо сжиженного газа новый газовый генератор может работать и на природном газе. Стоит отметить, что новые газовые генераторы очень тихо работают и имеют низкий уровень выбросов загрязняющих веществ, что позволяет их эксплуатировать в густонаселенных районах.

Новая линейка генераторов JCB планируется к запуску в течение года и будет включать модели мощностью от 20 до 220 кВА, а впоследствии и до 2000 кВА. Генераторы серии RS построены на жесткой раме, предназначенной для эксплуатации в сложных условиях, что, безусловно, оценят арендные компании, для которых, собственно, и создавалась эта серия. Установки поставляются с топливным баком на 12 ч работы, стальным навесом с полимерным покрытием, единственной проушиной для подъема и карманами для вилочного погрузчика. Блок управления совместим с системой интегрированных средств обработки и передачи данных JCB LiveLink. За счет этого владелец оборудования имеет возможность получать информацию о нагрузке, времени работы двигателя на холостых оборотах и отработанных моточасах. Данная система предлагает возможность удаленного менеджмента для заблаговременного планирования технического обслуживания, а также позволяет оперативно производить диагностику неисправностей в случае остановки ДГУ. Младшие модели в линейке от 20 до 45 кВА приводятся в действие экономичными двигателями Kohler, установки мощностью от 60 до 131 кВА и от 160 до 200 кВА поставляются с двигателями Dieselmax. Более мощные станции от 300 до 500 кВА оборудованы двигателями Volvo, а модели в диапазоне 800–2000 кВА – двигателями Cummins.

Принципы подбора воздушного компрессора примерно те же, что и для генератора. Чтобы получить максимальную отдачу от инвестиций, при расчете необходимо учесть, в каком количестве и с какими параметрами планируется использовать пневмоинструмент. Компрессорам, как и генераторам, для соответствия условиям работы на строительной площадке необходима жесткая рама.

Обновленный модельный ряд компактных мобильных компрессоров Doosan предназначен для широкого спектра задач, в том числе для отбойных молотков, инструментов для ремонта дорог, сноса и реконструкции зданий. Компрессор 7/53 HA – последнее дополнение к текущей линейке в категории Stage IIIA. Он обеспечивает производительность 5,0 м 3 в минуту и приводится в действие 4-цилиндровым двигателем Yanmar с жидкостным охлаждением мощностью 36 кВт. Компрессор может поставляться на различных шасси с учетом региона эксплуатации или на стационарной металлической раме. Все компрессоры Doosan имеют номинальное рабочее давление 7 бар и оборудованы генератором 6 кВА и электрическими розетками. Такая опция, помимо разъемов для подачи сжатого воздуха, значительно повышает функциональные возможности оборудования Doosan и позволяет использовать электроинструменты, устройства для освещения и другое электрическое оборудование.

Новинка этого года Kaeser Kompressoren M 125 соответствует самым строгим нормам Stage IV(ЕС) и пока в Россию не поставляется. Разработчики предлагают новую функцию бесступенчатого управления давлением: можно задать любое значение от 7 до 14 бар в любое время. Таким образом, при установке давления 7,5 бар и скорости потока 11,5 м 3 / мин этот универсальный компрессор подходит для работы с отбойным молотком, а при установке 12 бар с расходом 10,7 м 3 / мин его можно использовать для продувки трубопроводов. Установленный под углом интегрированный воздушный охладитель не только оптимизирует обработку сжатого воздуха, но и позволяет накопленному конденсату стекать, что обеспечивает надежную профилактику от замерзания в течение зимнего сезона.

Самая большая модель из новой серии – дизельный компрессор Atlas Copco XAS 88 – позволяет подсоединить до четырех отбойных молотков или бетоноломов и подходит для питания пескоструйного или покрасочного оборудования, а также другого пневматического инструмента. Модель отличается простым управлением, имеет надежный дизельный двигатель Kubota и ударопрочный поли­этиленовый кожух, обеспечивает регулировку давления в зависимости от вида выполняемых работ. Компрессоры XAS 88 на шасси имеют Одобрение типа транспортного средства, на них оформляется ПТС, что позволяет поставить компрессор на учет в ГИБДД и буксировать его за автомобилем по дорогам общего пользования. Поскольку масса компрессора в максимальной комплектации менее 750 кг, водителю не требуется удостоверение категории ВЕ/СЕ. Компрессоры XAS 88 поставляются как в комплектации на шасси, так и на опорах или салазках. Благодаря удобной организации слива масел двигателя и компрессора, а также внешнему маслосепаратору на выполнение регламентного обслуживания теперь требуется в два раза меньше времени, в среднем не более одного часа.

В то же время компания Atlas Copco дополнила свою серию HiLight, в которую входит семь моделей, в том числе четыре светодиодные осветительные мачты, последней вышкой Н5+ с четырьмя светодиодными светильниками по 350 Вт. Она способна залить светом площадь до 5000 м 2 . Компактные размеры модели позволяют перемещать до 10 единиц в стандартном полуприцепе длиной 13 м. Аналогичные возможности заложены в компактную модель HiLight B5+, мачта которой оснащена гидравлическим подъемником с вращением на 340°, высота подъема составляет 8 м. В стандартную комплектацию входят альтернатор Linz E1C13S (230 В, 5,5 кВА), топливный бак объемом 140 л, панель управления с регистрацией событий, недельным таймером и дистанционным пуском, всепогодный кожух из оцинкованной стали, окрашенный порошковым методом, герметичный поддон в раме для защиты от протечек рабочих жидкостей и 4 стабилизирующих домкрата. По заявлению компании Atlas Copco, чтобы ввести в действие новые электрические модели HiLight E2 и E3+, их достаточно просто подключить к любому источнику питания, в том числе к вспомогательному или основному электрическому генератору или непосредственно к сети электроснабжения. Каждый прожектор регулируется вручную или его можно отдельно запрограммировать на отключение с помощью таймера.

Компания SDMO представила первую модель светодиодной вышки RL4500-5. С тремя светодиодными прожекторами по 450В т новая модель отличается низким расходом топлива и предназначена для использования в жестких условиях эксплуатации.

Заказчики имеют возможность получить вышку, выполненную с учетом их конкретных пожеланий, если обратятся в компанию Generac Mobile Products. Новая версия мачты Cube + представляет собой мобильную световую башню с вертикальной мачтой, гидравлической системой подъема и силовым генератором, встроенным в раму. Компактная конструкция CUBE+ в базовой конфигурации гарантирует, что во время массовых мероприятий установка не будет перемещена или отбуксирована. Новая встроенная система безопасно и надежно запирает опорные стабилизаторы, кроме того, их невозможно демонтировать снаружи. Предлагается выбрать один из трех вариантов на светодиодах: 4x150 Вт (64 000 лм), 4x230 Вт (11 4000 лм), 4x300 Вт (148 000 лм) и один с металлогалогенными лампами 4x1000 Вт (360 000 лм). Есть возможность подобрать подходящий силовой блок, включая гибридную установку и даже цвет. Все установленные светодиоды работают от 24 В. Блоки питания находятся внутри рамы для безопасности.

Материалом для мачты типа ММО из квадратного профиля служит алюминиевый сплав АМГ5 и 6082Т. Это позволяет сделать мачту квадратного сечения прочной, но более легкой, чем импортные аналоги из стали. Кроме того, мачты предназначенные для работы с большими полезными нагрузками, выпускаются в комбинированном алюминиево-стальном варианте.

В опциях также доступны несколько видов (малошумных и термозащищенных) всепогодных боксов с разными уровнями защиты. Установки оснащаются по заказу электростартерами, функцией АВР, подогревом охлаждающей жидкости, различными типами ЖК-дисплеев с выводом необходимых параметров установки.

Комплексы разработаны с учетом требований служб, нуждающихся в быстром развертывании и освещении участков, где ведутся аварийно-спасательные, строительно-монтажные работы. В стандартной комплектации подъем мачты осуществляется ручным вращением лебедки, но также можно установить электропривод и поворотное устройство для позиционирования осветительного оборудования. Предусмотрены варианты с триподом и комплектом монтажа на автомобиль. Световые приборы на мачтах могут быть использованы как металлогалогенового типа, так и современные светильники LED, мощность которых может быть от 40 до 320 Вт.

Компактный осветительный комплекс МОК-Аврора 6500 поставляется с мачтой высотой 4 м, на которой смонтированы 4 светодиодных светильника мощностью по 120 Вт каждый (3 секции по 40 Вт, световой поток – 13 200 лм). Комплекс оснащен дизельной генераторной установкой мощностью 6,5 КВт с электростартером и пригоден для применения в районах Крайнего Севера, а также выдерживает порывы ветра до 80 км/ч. Особенно хорошо данная установка зарекомендовала себя при прокладке трубопроводных систем для газодобывающей и нефтедобывающей отраслей промышленности. Рамная конструкция мачты отличается высоким уровнем надежности и за счет компактной конструкции обеспечивает подачу аварийного освещения даже на тех участках и территориях, где использование обычного мобильного оборудования, установленного на транспортных средствах, оказывается невозможным.

Надо сказать, что не существует однозначного соответствия между конкретной моделью дизель-генератора, компрессора или осветительной мачты и их применением. Существует множество потенциальных вариантов использования в небольших или крупных проектах, когда требуется оборудование различных размеров. Тем не менее для всех пользователей являются важными такие свойства, как простота в использовании, надежность в эксплуатации и доступность для обслуживания. Электроника не всегда и не везде популярна, но с применением новых технологий в двигателестроении, направленных на решение экологических проблем, внедрение новых систем управления, позволяющих работать более эффективно, это неизбежный процесс, который влияет и на производителей, и на потребителей.

Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д. Прекрасный миф о Прометее, даровавшем людям огонь, появился в Древней Греции значительно позже того, как во многих частях света были освоены методы довольно изощренного обращения с огнем, его получением и тушением, сохранением огня и рациональным использованием топлива. На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф. На сегодняшний день энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать.

Рисунок 1 - Схема КЭС

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий КПД (30-40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции. Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции, установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60-70%. Такие станции строят обычно вблизи потребителей — промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе. Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТЭС), парогазовыми (ПГЭС) и дизельными установками. В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750—900 ºС поступают в газовую турбину,

вращающую электрогенератор. КПД таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность — до нескольких сотен МВт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки. КПД ПГЭС может достигать 42- 43%. Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВтч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кине- тическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора. Современные паровые турбины для ТЭС — весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обычно несколько десятков дисков с рабочими лопатками и такое же количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает, струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются. Из курса физики известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с ростом начальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру — почти до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром.

Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в

По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации — до 1500 м. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер. По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе- регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках, и на горных реках, в узких сжатых долинах. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 м. При более высоких напорах оказывается нецелесообразным передавать на здание ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за плотиной, примыкает к нижнему бьефу. Другой вид компоновки приплотинная ГЭС соответствует горным условиям при сравнительно малых расходах реки. В деривационных ГЭС концентрация падения реки создаётся по- средством деривации; вода в начале используемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, значительно меньшим, чем средний уклон реки на этом участке и со спрямлением изгибов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвращается в реку, либо подводится к следующей де- ривационной ГЭС. Деривация выгодна тогда, когда уклон реки велик.

Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Сооружение ГАЭС обусловлено ростом потребности в пиковой мощности в крупных энергетических системах, что и определяет генераторную мощность, тре- бующуюся для покрытия пиковых нагрузок. Способность ГАЭС аккумулировать энергию основана на том, что свободная в энергосистеме в некоторый период времени электрическая энергия используется агрегатами ГАЭС, которые, работая в режиме насоса, нагнетают воду из водохранилища в верхний аккумулирующий бассейн. В период пиков нагрузки аккумулированная энергия возвращается в энергосистему (вода из верхнего бассейна поступает в напорный трубопровод и вращает гидроагрегаты, работающие в режиме генератора тока). ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнергия приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным характером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют провалы мощности приливных электростанций в течение суток или месяцев. 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. Поэтому сооруже- нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств. Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов,

реактора поступает в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образуется пар, который затем поступает в турбину 4. Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах:

1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графитоводные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя; 4) граффито - газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем. Выбор преимущественно применяемого типа реактора определяется главным образом накопленным опытом в реактороносителе, а также наличием необходимого промышленного оборудования, сырьевых запасов и т. д. К реактору и обслуживающим его системам относятся: собственно, реактор с биологической защитой, теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоносителя, трубопроводы и арматура циркуляции контура, устройства для перезагрузки ядерного горючего, системы специальной вентиляции, аварийного расхолаживания и др. Для предохранения персонала АЭС от радиационного облучения реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, серпантиновый песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герметичным. Предусматривается система контроля мест возможной утечки теплоносителя, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружающей местности. Радиоактивный воздух и небольшое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС специальной системой вентиляции, в

которой для исключения возможности загрязнения атмосферы предусмот- рены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил радиационной безопасности персоналом АЭС следит служба дозиметрического контроля. Наличие биологической защиты, систем специальной вентиляции и аварийного расхолаживания и службы дозиметрического контроля позволяет полностью обезопасить обслуживающий персонал АЭС от вредных воздействий радиоактивного облучения. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде. Новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных форс-мажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. - здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора.

Но в наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Потому к созданию конструкций ветроколеса-сердца любой ветроэнергетической установки привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Энергия Земли. Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится, нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию. Энергия Земли пригодна не только для отопления помещений, как это происходит в Исландии, но и для получения электроэнергии. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины - 360 тысяч киловатт.

Передача электроэнергии.

Рисунок 3 - Трансформатор Рисунок 4 - трансформатор с двумя обмотками

Сумма напряжения u 1 , приложенного к первичной обмотке, и ЭДС e 1 должна равняться падению напряжения в первичной обмотке:

u 1 + e 1 = i 1 R 1 , где R 1 - активное сопротивление обмотки, а i 1 - сила тока в ней. Данное уравнение непосредственно вытекает из общего уравнения. Обычно активное сопротивление обмотки мало и членом i 1 R 1 можно пренебречь. Поэтому u 1 ≈ - e 1. (2) При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течет, и имеет место соотношение: u 2 ≈ - e 2. (3) Так как мгновенные значения ЭДС e 1 и e 2 изменяются синфазно, то их отношение в формуле (1) можно заменить отношением действующих значений E 1 и E 2 этих ЭДС или, учитывая равенства (2) и (3), отношением действующих значений напряжений U 1 и U 2.

U 1 /U 2 = E 1 /E 2 = n 1 / n 2 = k. (4) Величина k называется коэффициентом трансформации. Если k>1, то трансформатор является понижающим, при k<1 - повышающим. При замыкании цепи вторичной обмотки в ней течет ток. Тогда соотношение u 2 ≈ - e 2 уже не выполняется точно, и соответственно связь между U 1 и U 2 становится более сложной, чем в уравнении (4). Согласно закону сохранения энергии, мощность в первичной цепи должна равняться мощности во вторичной цепи:

U 1 I 1 = U 2 I2, (5)

где I 1 и I 2 — действующие значения силы в первичной и вторичной обмотках. Отсюда следует, что U 1 /U 2 = I 1 /I 2. (6)

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот). Вследствие неизбежных потерь энергии на выделение тепла в обмотках и железном сердечнике уравнения (5) и (6) выполняются приближенно. Однако в современных мощных трансформаторах суммарные потери не превышают 2-3%. В житейской практике часто приходится иметь дело с трансформаторами. Кроме тех трансформаторов, которыми мы пользуемся волей-неволей из-за того, что промышленные приборы рассчитаны на одно напряжение, а в городской сети используется другое, — кроме них приходится иметь дело с бобинами автомобиля. Бобина — это повышающий трансформатор. Для создания искры, поджигающей рабочую смесь, требуется высокое напряжение, которое мы и получаем от аккумулятора автомобиля, предварительно превратив постоянный ток аккумулятора в переменный с помощью прерывателя. Нетрудно сообразить, что с точностью до потерь энергии, идущей на нагревание трансформатора, при повышении напряжения уменьшается сила тока, и наоборот. Для сварочных аппаратов требуются понижающие трансформаторы. Для сварки нужны очень сильные токи, и трансформатор сварочного аппарата имеет всего лишь один выходной виток. Вы, наверное, обращали внимание, что сердечник трансформатора изготовляют из тонких листиков стали. Это сделано для того, чтобы не терять энергии при преобразовании напряжения. В листовом материале вихревые токи будут играть меньшую роль, чем в сплошном. Дома вы имеете дело с маленькими трансформаторами. Что же касается мощных трансформаторов, то они представляют собой огромные сооружения. В этих случаях сердечник с обмотками помещен в бак, заполненный охлаждающим маслом.

напряжение в 500 кв. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16—20 кв., так как более высокое напряжение потребовало бы принятия более сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько уменьшает силу тока. Потери мощности при этом невелики. Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. Причем обычно понижение напряжения и соответственно увеличение силы тока происходит в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится все меньше, а территория, охватываемая электрической сетью, - все шире. Схема передачи и распределения электроэнергии приведена на рисунке.

Рисунок 6 - Схема передачи и распределения электроэнергии

Электрические станции ряда областей страны соединены высоковольтными линиями передач, образуя общую электросеть, к которой

присоединены потребители. Такое объединение называется энергосистемой. Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям не зависимо от их месторасположения.

Читайте также: