Задачи современной энергетики преимущества электрической энергии перед другими ее видами реферат
Обновлено: 03.07.2024
Слово "энергеа" при переводе с греческого означает "деятельность".
Ученые первоначально называли энергией способность различных предметов совершать работу: например, молот, падая, плющит металл.
После того как было непреложно доказано, что движение материи может превращать один вид энергии в другой можно сказать - энергия выражает общую меру различных форм движения материи: и крупных тел, и атомов, и электромагнитных волн, и всякого рода физических полей.
Стало возможным измерять различные по внешним признакам движения - одним общим "масштабом". Нашли точные соотношения, по которым одни виды движения (виды энергии, как говорят для удобства) переходят в другие - закон сохранения и превращения энергии. Иначе говоря, окружающий нас мир есть "вечно" движущаяся и развивающаяся материя. Всеобщей мерой движения материи во всех ее формах является энергия, а неуничтожимость движения материи выражается в науке законом сохранения энергии.
Наиболее общие формы движения материи называются физическими. К ним относятся: механическая, тепловая, электромагнитная, внутриатомная и внутриядерная формы движения материи.
Однако, чтобы эта энергия стала нужной человеку, он должен был научиться "обращаться" с ней - преобразовать одни виды энергии в другие.
Преобразование любых энергий (тепловой, механической, молекулярной, ядерной и т.д.) в электрическую энергию и обратно называется энергетикой.
Овладеть энергией можно только с помощью каких-либо устройств и машин. Поэтому вся история технического прогресса - это история изобретения и создания этих устройств и машин. Под энергетической техникой понимают совокупность средств производства, преобразования, передачи и распределения между потребителями различных форм энергии.
1. История развития энергии
Современную жизнь невозможно представить без электричества и тепла. Материальный комфорт, который окружает нас сегодня, как и дальнейшее развитие человеческой мысли накрепко связаны с изобретением электричества и использованием энергии.
С древних времен люди нуждались в силе, точнее в двигателях, которые давали бы им силу большую человеческой, для того, чтобы строить дома, заниматься земледелием, осваивать новые территории.
Описав удивительные свойства янтаря в поэтических легендах, древние греки так и не продолжили его изучение. Следующего прорыва в деле покорения свободной энергии человечеству пришлось ждать много веков. Зато когда он все-таки был совершен, мир в буквальном смысле слова преобразился. Еще в 3 тысячелетии до н.э. люди использовали паруса для лодок, но только в VII в. н.э. изобрели ветряную мельницу с крыльями. Началась история ветряных двигателей. Водяные колеса использовали на Ниле, Эфрате, Янцзы для подъема воды, вращали их рабы. Водяные колеса и ветряные мельницы вплоть до ХVII века являлись основными типами двигателей.
2. Энергия и её виды
Энергия – всеобщая основа природных явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время под энергией (греческое – действие, деятельность ) понимается количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую .
Согласно представлениям физической науки, энергия – это способность тела или системы тел совершать работу. Существуют различные классификации видов и форм энергии. Человек в своей повседневной жизни наиболее часто встречается со следующими видами энергии: механическая, электрическая, электромагнитная, тепловая, химическая, атомная (внутриядерная). Последние три вида относятся к внутренней форме энергии, т.е. обусловлены потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения.
Если энергия – результат изменения состояния движения материальных точек или тел, то она называется кинетической ; к ней относят механическую энергию движения тел, тепловую энергию, обусловленную движением молекул.
Если энергия – результат изменения взаимного расположения частей данной системы или ее положения по отношению к другим телам, то она называется потенциальной ; к ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформированного тела, химическую энергию.
Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды.
Механическая энергия – проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц.
К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах – транспортных и технологических.
Тепловая энергия – энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ.
Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.).
Электрическая энергия – энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).
Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработка).
Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью.
Электромагнитная энергия – это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.
Таким образом, электромагнитная энергия – это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.
Ядерная энергия – энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).
Бытует и старое название данного вида энергии – атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической.
Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира – гравитационную, энергию взаимодействия тел – механическую, энергию молекулярных взаимодействий – тепловую, энергию атомных взаимодействий – химическую, энергию излучения – электромагнитную, энергию, заключенную в ядрах атомов – ядерную. Современная наука не исключает существование и других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии.
В Международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят
1 Дж эквивалентен
1 ньютон метр (Нм).
Если расчеты связаны с теплотой, биологической и многими другими видами энергии, то в качестве единицы энергии применяется внесистемная единица - калория (кал) или килокалория (ккал), 1кал=4,18 Дж. Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ватт·час (Вт·ч, кВт·ч, МВт·ч), 1 Вт·ч=3,6 МДж. Для измерения механической энергии используют величину 1 кг·м=9,8 Дж.
Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), и которая может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую называется первичной . В соответствии с классификацией энергоресурсов по признаку исчерпаемости можно классифицировать и первичную энергию.
2.1. Классификация первичной энергии
При классификации первичной энергии выделяют традиционные и нетрадиционные виды энергии. К традиционным относятся такие виды энергии, которые на протяжении многих лет широко использовались человеком. К нетрадиционным видам энергии относят такие виды, которые начали использоваться сравнительно недавно.
К традиционным видам первичной энергии относят: органическое топливо (уголь, нефть и т.д.), гидроэнергию рек и ядерное топливо (уран, торий и др.).
Энергия, получаемая человеком, после преобразования первичной энергии на специальных установках - станциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т.д.).
Преимущества электрической энергии. Электрическая энергия является наиболее удобным видом энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации. Подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации производственных процессов (оборудование, приборы ЭВМ), замена человеческого труда машинным в быту имеют электрическую основу.
Немногим более половины всей потребляемой энергии используется в виде тепла для технических нужд, отопления, приготовления пищи, оставшаяся часть – в виде механической, прежде всего в транспортных установках, и электрической энергии. Причем доля электрической энергии с каждым годом растет
Электрическая энергия – более универсальный вид энергии. Она нашла широкое применение в быту и во всех отраслях народного хозяйства. Насчитывается свыше четырехсот наименований электробытовых приборов: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, телевизоры, магнитофоны, осветительные приборы и т.д. Нельзя представить промышленность без электрической энергии. В сельском хозяйстве применение электричества непрерывно расширяется: кормление и поение животных, уход за ними, отопление и вентиляция, инкубаторы, калориферы, сушилки и т.д.
Электрификация – основа технического прогресса любой отрасли народного хозяйства. Она позволяет заменить неудобные для использования энергетические ресурсы универсальным видом энергии – электрической энергией, которую можно передавать на любое расстояние, превращать в другие виды энергии, например, в механическую или тепловую, делить ее между потребителями. Электричество – очень удобный для применения и экономичный вид энергии.
2.2. Динамика потребления электрической энергии
Электрическая энергия обладает такими свойствами, которые делают ее незаменимой в механизации и автоматизации производства и в повседневной жизни человека:
1. Электрическая энергия универсальна, она может быть использована для самых различных целей. В частности, ее очень просто превратить в тепло. Это делается, например, в электрических источниках света (лампочках накаливания), в технологических печах, используемых в металлургии, в различных нагревательных и отопительных устройствах. Превращение электрической энергии в механическую используется в приводах электрических моторов.
2. При потреблении электрической энергии ее можно бесконечно дробить. Так, мощность электрических машин в зависимости от их назначения различна: от долей ватта в микродвигателях, применяемых во многих отраслях техники и в бытовых изделиях, до огромных величин, превышающих миллион киловатт, в генераторах электростанций.
3. В процессе производства и передачи электрической энергии, можно концентрировать ее мощность, увеличивать напряжение и передавать по проводам как на малые, так и на большие расстояния любое количество электрической энергии от электростанции, где она вырабатывается, всем ее потребителям.
3. Закон сохранения энергии
При любых обсуждениях вопросов, связанных с использованием энергии, необходимо отличать энергию упорядоченного движения, известную в технике под названием свободной энергии (механическая, химическая, электрическая, электромагнитная, ядерная) и энергию хаотического движения, т.е. теплоту.
Любая из форм свободной энергии может быть практически полностью использована. В то же время хаотическая энергия тепла при превращении в механическую энергию снова теряется в виде тепла. Мы не в силах полностью упорядочить случайное движение молекул, превратив его энергию в свободную. Более того, в настоящее время практически нет способа непосредственного превращения химической и ядерной энергии в электрическую и механическую, как наиболее используемые. Приходится внутреннюю энергию веществ превращать в тепловую, а затем в механическую или электрическую с большими неизбежными теплопотерями.
Таким образом, все виды энергии после выполнения ими полезной работы превращаются в теплоту с более низкой температурой, которая практически непригодна для дальнейшего использования.
Развитие естествознания на протяжении жизни человечества неопровержимо доказало, какие бы новые виды энергии ни открывались, вскоре обнаруживалось одно великое правило. Сумма всех видов энергии оставалась постоянной, что, в конечном счете, привело к утверждению: энергия никогда не создается из ничего и не уничтожается бесследно, она только переходит из одного вида в другой.
В современной науке и практике эта схема настолько полезна, что способна предсказывать появление новых видов энергии.
Роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации очень велика. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы – прямо или косвенно – больше энергии, чем ее могут дать мускулы человека. Потребление энергии – важный показатель жизненного уровня. В процессе развития цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные не потому, что старый источник был исчерпан, а потому что данную необходимость диктовало время.
Самым мощным источником энергии является ядерный – лидер энергетики. Запасы урана, если сравнивать их с запасами угля, не столь уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь.
Сейчас, в начале 21 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая", альтернативная, не загрязняющая уже сильно поврежденную биосферу.
В будущем при интенсивном развитии энергетики возникнут рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении.
Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со всем, всё зависит от нее.
В заключении можно сделать вывод, что альтернативные формы использования энергии неисчислимы при условии, что нужно разработать для этого эффективные и экономичные методы. Главное – проводить развитие энергетики в правильном направлении.
Список использованной литературы
1. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Энергетическая техника и ее развитие.-М.: Высшая школа, 1976.-304с.
2. Давыдова Л.Г., Буряк А.А. Энергетика: пути развития и перспективы .-М.: Наука, 1981.-120с.
Преимущества электрической энергии перед другими видами энергии заключаются в простоте и экономичности ее передачи па большие расстояния, легкой делимости между потребителями разной мощности, высоком уровне гигиенических условий.
Электрическую энергию легко превратить в механическую энергию движения, в тепловую энергию с регулированием температуры в широких пределах, в видимое и невидимое излучение, в электромагнитные колебания, которые используются не только для передачи информации на расстояние, но и для воздействия на биологический объект, при сушке, обогреве и т. д.
Электрическая энергия широко применяется в дачном и садово-огородном хозяйстве не только для освещения и обогрева помещений, но и для электропривода различных механизмов и приспособлений для обработки почвы (электроплуги, фрезы, мотыги, культиваторы и т. д.), для обогрева почвы в парниках и теплицах.
Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях, расположенных, как правило, у источников первичной энергии.
Электростанции связаны между собой и с потребителями электрическими сетями, которые объединяют их в централизованно управляемые энергетические системы (энергосистемы).
Нагрузку на электростанции распределяют так, чтобы получить наиболее дешевую электроэнергию.
Например, если запас воды на гидравлической станции (ГЭС) большой, то ее нагружают на полную мощность, а тепловую (ТЭС) разгружают, экономя топливо.
Или же за счет ТЭС удовлетворяют постоянную (базисную) нагрузку в течение суток, а ГЭС включают в часы, когда нагрузка возрастает.
Благодаря энергосистемам не только повышается экономичность электроснабжения, но и значительно увеличивается его надежность, возрастает общая полезная выработка электроэнергии и т. д.
Вопрос 10 Какие Вы знаете способы преобразования энергии? Подробно
Объясните один из них по своему выбору, назовите его преимущества,
Недостатки и область применения.
Способы преобразования энергии морских волн в электрическую
Водяной столб – один из самых востребованных, дешёвых и востребованных видов волновых установок с пневматическим преобразователем который использует энергию колеблющегося водяного столба для преобразования её в электрическую. Принцип действия здесь таков. При набегании волны на частично погруженную полость, открытую под водой, столб жидкости в полости колеблется, вызывая изменения давления в газе над жидкостью. Полость может быть связана с атмосферой через турбину, в качестве которой испорльзуется турбина Уэльса. Это воздушная турбина низкого давления, имеющая симметричную аэродинамическую поверхность лопаток, позволяющую им вращаться всегда в одну сторону, независимо от направления потока воздуха или жидкости. Достигается это тем, что рабочее тело, попадая на лопатку, разделяется непропорционально – отклонение в одну сторону всегда больше, чем в другую. Принцип работы турбины Уэльса схож с принципом подъема крыла самолета. Поток регулируется так, чтобы проходить через турбину в одном направлении. Преимуществом устройств на принципе водяного столба является то, что скорость воздуха перед турбиной может быть значительно увеличена за счет уменьшения проходного сечения канала, что позволяет сочетать медленное волновое движение с высокочастотным вращением турбины. Кроме того, здесь создается возможность удалить генерирующее устройство из зоны непосредственного воздействия соленой морской воды. Этот способ широко применяется для сигнальных буев, внедренных в Японии и в Великобритании. Самым крупным и впервые включенным в энергосеть устройством является устройство, построенное в Тофтестоллене (Норвегия). Здесь водяной столб используется в 500 киловаттной установке, построенной на краю отвесной скалы. Помимо всего прочего, национальная электрическая лаборатория Великобритании предлагает конструкцию, устанавливаемую непосредственно на морском дне. Недостатками таких преобразователей являются низкий КПД и большая материалоемкость.
Электрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни. Переход от индустриального общества к "информационной цивилизации"
стал возможен во многом благодаря развитию энергетики и обеспечению удобной передаче и применении видом энергии - электрической энергией.
Файлы: 1 файл
Документ Microsoft Word (2).doc
Использование электрической энергии
Электрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни. Переход от индустриального общества к "информационной цивилизации"
стал возможен во многом благодаря развитию энергетики и обеспечению удобной передаче и применении видом энергии - электрической энергией.
Электрическая энергия — это способность электромагнитного поля производить работу, наиболее совершенный и универсальный вид, сравнительно легко преобразующийся в другие виды энергии.
На сегодняшний день электрическая 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.
Электрическая энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими видами энергии:
В наше время уровень производства и потребления энергии - один из важнейших показателей развития производственных сил общества. Ведущую при этом роль играет электроэнергия – самая универсальная и удобная для использования форма энергии. Она производится на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.
Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.
Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую
энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при
сжигании органического топлива.
На тепловых электростанциях химическая энергия топлива преобразуется
сначала в механическую, а затем в электрическую. Топливом для такой
электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии
могут находиться на значительном расстоянии от станции.
Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования,
посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую
энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений,
обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и
энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под
напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь,
преобразуется в электрическую энергию.
Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и
приливные электростанции (ПЭС).
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.
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, затем так же, как и на
обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию.
Альтернативные источники энергии:
В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко
возрос, ведь потенциальные возможности энергетики, основанной на
использование непосредственного солнечного излучения, чрезвычайно велики.
Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится
намного дороже, чем получаемая традиционными способами.
Огромная энергия движущихся воздушных масс. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории.
Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.
Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии,
таящейся в недрах земного шара. Энергия Земли пригодна не только для отопления помещений,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.
Электрический ток вырабатывается в генераторах - устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К таким устройствам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи.
Электрический ток никогда не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовать почти без потерь энергии. Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется с помощью трансформаторов.
Трансформатор — очень простое устройство, которое позволяет, как повышать,
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.
Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в
сравнительно немногих местах, близких к источникам топливных и
гидроресурсов. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на
расстояния, достигающие иногда сотен километров.
Но передача электроэнергии на большие расстояния связана с заметными
потерями. Дело в том, что, протекая по линиям электропередачи, ток
нагревает их. При большой длине линии передача энергии может
стать вообще экономически невыгодной. Для уменьшения потерь можно, конечно,
идти по пути уменьшения сопротивления R линии посредством увеличения
площади поперечного сечения проводов. Но для уменьшения R, к примеру, в 100
раз нужно увеличить массу провода также в 100 раз. Ясно, что нельзя
допустить такого большого расходования дорогостоящего цветного металла, не
говоря уже о трудностях закрепления тяжелых проводов на высоких мачтах и т.
п. Поэтому потери энергии в линии снижают другим путем: уменьшением тока в
линии. Например, уменьшение тока в 10 раз уменьшает количество
выделившегося в проводниках тепла в 100 раз, т. е. достигается тот же
эффект, что и от стократного утяжеления провода.
Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение,
то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии
передачи. Причем, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать
более высокое напряжение. Так, например, в высоковольтной линии передачи
Волжская ГЭС — Москва используют 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
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
Использование электроэнергетики в различных областях науки.
Главным потребителем электроэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70 % производимой энергии. Крупным потребителем является транспорт. Все большее количество железнодорожных линий переводится на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от электростанций для производственных и бытовых нужд. О применении электроэнергии для освещения жилищ и в бытовых электроприборах знает каждый.
Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей( электросварка, электрический нагрев, плавление металлов, электролиз). Современная цивилизация немыслима без широкого использования электроэнергии. Нарушение снабжения электроэнергией большого города при аварии парализует его жизнь.
ХХ век стал веком, когда наука вторгается во все сферы жизни общества: экономику, политику, культуру, образование и т.д. Естественно, что наука непосредственно влияет на развитие энергетики и сферу применения электроэнергии. С одной стороны наука способствует расширению сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление, нос другой стороны в эпоху, когда неограниченное использование невозобновляемых энергетических ресурсов несет опасность для будущих поколений, актуальными задачами науки становятся задачи разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь.Около 80% прироста ВВП развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Все новое в промышленность, сельское хозяйство и быт приходит к нам благодаря новым разработкам в различных отраслях науки. Большая часть научных разработок начинается с теоретических расчетов. Но если в ХIХ веке эти расчеты производились с помощью пера и бумаги, то в век НТР все теоретические расчеты, отбор анализ научных данных и даже лингвистический разбор литературных произведений делаются с помощью ЭВМ , которые работают на электрической энергии, наиболее удобной для передачи ее на расстояние и использования. Но если первоначально ЭВМ использовались для научных расчетов, то теперь из науки компьютеры пришли в жизнь. Сейчас они используются во всех сферах деятельности человека: для записи их ранения информации, создания архивов, подготовки и редактирования текстов,выполнения чертежных и графических работ, автоматизации производства исельского хозяйства. Электронизация и автоматизация производства - важнейшие последствия "второй промышленной" или "микроэлектронной"революции в экономике развитых стран. Все новые теоретические разработки после расчетов на ЭВМ проверяются экспериментально. И, как правило, на этом этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических анализов и т.д. Здесь инструменты научных исследований многообразны - многочисленные измерительные приборы, ускорители, электронные микроскопы ,магниторезонансные томографы и т.д. Основная часть этих инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии. Очень бурно развивается наука в области средств связи и коммуникаций. Спутниковая связь используется уже не только как средство международной связи, но и в быту - спутниковые антенны не редкость и в нашем городе. Новые средства связи, например волоконная техника, позволяют значительно снизить потери электроэнергии в процессе передачи сигналов на большие расстояния. Не обошла наука и сферу управления. По мере развития НТР, расширения производственной и непроизводственной сфер деятельности человека, все более важную роль в повышении их эффективности начинает играть управление. До начала "кибернетической" революции существовала только бумажная Информатика, основным средством восприятия которой оставался человеческий мозг, и которая не использовала электроэнергию. "Кибернетическая" революция породила принципиально иную - машинную информатику, соответствующую гигантски возросшим потокам информации, источником энергии для которой служит электроэнергия. Созданы совершенно новые средства получения информации, ее накопления, обработки и передачи, в совокупности образующие сложную информационную структуру. Она включает АСУ (автоматизированные системы управления), информационные банки данных, автоматизированные информационные базы, вычислительные центры, видеотерминалы, копировальные и фото телеграфные аппараты, общегосударственные информационные системы, системы спутниковой и скоростной волокнисто-оптической связи - все это неограниченно расширило сферу использования электроэнергии.
Характеристика достоинств и недостатков современных способов получения электрической энергии: тепловые, атомные и гидроэлектростанции. Изучение способов получения электричества и тепла из ветра и солнечного излучения. Особенности геотермальной энергетики.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.11.2015 |
| Размер файла | 1007,2 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
«Витебский государственный ордена Дружбы народов
Кафедра медицинской
и биологической физики
Современные способы получения электрической энергии
Витебск, 2014
1. Современные способы получения электрической энергии
1.1 Тепловые электростанции
1.3 Атомные электростанции
2. Источники энергии
2.1 Возобновляемые источники энергии
2.1.1 Ветровая энергия
2.1.2 Энергия солнца
2.1.3 Геотермальная энергетика
Список использованной литературы
Введение
Научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда машинным.
Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии, причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, дешевизны материалов, долговечности станций.
В данной работе рассмотрены современные источники электрической энергии. Цель работы - прежде всего ознакомиться с современным положением дел в этой проблематике.
1. Современные способы получения электрической энергии
Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях. Традиционная электроэнергетика делится на несколько основных направлений: тепловая энергетика, гидроэнергетика и атомная энергетика.
1.1 Тепловые электростанции
Тепловая электростанция (ТЭС) - электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. ТЭС -- основной вид электрической станций.
Большинство электроэнергии производится на тепловых электростанциях. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км установка электрического бойлера в отдельно стоящем доме становится экономически выгодна.
На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую.
Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные, предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара.
1.2 Гидроэлектростанции
Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС) - комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС обеспечивает необходимую концентрацию потока воды и создание напора.
По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, смешанные и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопления уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины. Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.
В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и водосбросные сооружения.
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 сооружению 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.
1.3 Атомные электростанции
Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная 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, так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе.
Первая в мире АЭС была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике.
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.
Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных форсмажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. - здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора.
2. Источники энергии
В основном энергию, используемую в быту и промышленности, мы добываем на поверхности Земли или в ее недрах. Например, во многих слаборазвитых странах жгут древесину для отопления и освещения жилищ, тогда как в развитых странах для получения электроэнергии сжигают различные ископаемые источники топлива -- уголь, нефть и газ. Ископаемые виды топлива представляют собой не возобновляемые источники энергии. Их запасы восстановить невозможно. Ученые сейчас изучают возможности использования неисчерпаемых источников энергии.
2.1. Возобновляемые источники энергии
По мере роста численности населения, людям требуется все больше энергии, и многие страны переходят к использованию возобновляемых источников энергии -- солнца, ветра и воды. Идея их применения пользуется широкой популярностью, так как это -- экологически чистые источники, использование которых не наносит вреда окружающей среде.
2.1.1Ветровая энергия
Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. В связи с постоянными выбросами промышленных газов в атмосферу и другими факторами возрастает контраст температур на земной поверхности. Это является одним из основных факторов, который приводит к увеличению ветровой активности во многих регионах нашей планеты и, соответственно, актуальности строительства ветростанций - альтернативных источников энергии. Отрасль энергетики, которая занимается вопросом производства и передачи такой энергии, называется ветроэнергетикой.
Ветроэнергетика -- это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор, ветряная мельница, парус и другими.
2.1.2 Энергия солнца
Солнечная энергетика использует солнечные излучения для получения энергии в каком-либо виде.
Ныне солнечная энергетика широко применяется в случаях, когда малодоступность других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения оправдывает её экономически.
Перспективы выработки солнечной энергии уменьшаются из-за глобального затемнения - антропогенного уменьшения солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:
1) Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.
2) Гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение и использование тепла. электрический энергия солнечный геотермальный
4) Термовоздушные электростанции - преобразуют солнечной энергию в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор.
Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата. В разных местах среднее количество солнечных дней в году может различаться очень сильно.
Еще одна проблема заключается в том, что солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме того, мощность электростанции может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков нужно или использовать эффективные электрические аккумуляторы, либо строить гидроаккумулирующие станции, которые тоже занимают большую территорию, либо использовать концепцию водородной энергетики, которая также пока далека от экономической эффективности.
Проблема зависимости мощности солнечной электростанции от времени суток и погодных условий решается в случае солнечных аэростатных электростанций.
Другая проблема это дороговизна солнечных фотоэлементов.
Так же поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения.
Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных. Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.
Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ. Современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30-50 лет), и массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения.
2.1.3 Геотермальная энергетика
Геотермальная энергетика -- это направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях.
В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.
Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.
Заключение
Учитывая результаты существующих прогнозов по истощению к середине - концу следующего столетия запасов нефти, природного газа и других традиционных энергоресурсов, а также сокращение потребления угля из-за вредных выбросов в атмосферу, а также употребления ядерного топлива, которого при условии интенсивного развития реакторов-размножителей хватит не менее чем на 1000 лет можно считать, что на данном этапе развития науки и техники тепловые, атомные и гидроэлектрические источники будут еще долгое время преобладать над остальными источниками электроэнергии. Несмотря на это, поиск и развитие новых способов получения энергии является задачей первостепенной важности. Эта важность обуславливается потребностью получать электричество из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений, которые в то же время обладали бы такими важными характеристиками, как экологичность и экономичность.
Список использованной литературы
1. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. - М.: Наука и техника, 1997. - 110 с
5. Кириллин В. А. Энергетика. Главные проблемы: В вопросах и ответах. - М.: Знание, 1997. - 128 с.
Читайте также: