Каждый технологический процесс производства электроэнергии требует однократного или многократного преобразования различных видов энергии. Энергия, поступающая непосредственно из природы (топливо, вода, ветер и т.д.), называется основной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на электростанциях, называется вторичной энергией. дополнительно (электричество, энергия пара, энергия горячей воды и т.д.).
То, что мы называем электрической энергией
Согласно современным научным представлениям, энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает, а может лишь переходить из одной формы в другую в соответствии с законом сохранения энергии. Различают механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную, ядерную, химическую, гравитационную и другие формы энергии.
Самым важным для жизни человека является потребление электроэнергии и тепла, которые можно получить из природных источников – энергоресурсов.
Энергетические ресурсы – являются основными источниками энергии, встречающимися в природе.
Среди различных видов энергии, используемых человеком, особое место занимает самая универсальная. электрическая энергия.
Электричество широко распространено благодаря следующим свойствам:
Его можно получить практически из любого источника энергии при умеренных затратах;
Легкость ее преобразования в другие формы энергии (механическую, тепловую, звуковую, световую, химическую);
Возможность передавать его в относительно простых количествах на большие расстояния с высокой скоростью и относительно низкими потерями;
Возможность использования в оборудовании, которое изменяется по мощности, напряжению, частоте.
Электричество используется человечеством с 1980-х годов.
Поскольку общее определение энергии – это мощность в единицу времени, единицей измерения электроэнергии является киловатт в час (кВтч).
Основные величины и параметрыкоторые могут быть использованы для характеристики электрической энергии, для описания ее качества, широко известны
Электрическое напряжение – U, V;
Электрический ток – I, А;
Полная, активная и реактивная мощность – S, P, Q, соответственно в киловольт-амперах (кВА), киловаттах (кВт) и киловольт-амперах реактивной мощности (квар)
коэффициент мощности cosfi;
Электричество имеет множество характеристик:
она не поддается непосредственному визуальному восприятию;
она легко преобразуется в другие формы энергии (например, тепловую, механическую);
он может передаваться на большие расстояния относительно легко и с высокой скоростью;
Он легко распространяется в электрических сетях;
легко использовать в машинах, установках, приборах;
позволяет изменять его параметры (напряжение, ток, частоту);
легко контролировать и управлять;
его качество определяет качество работы приборов, которые его потребляют;
качество энергии в месте производства не может гарантировать ее качество в месте потребления;
временная непрерывность процессов производства и потребления энергии;
процесс передачи энергии сопровождается потерями энергии.
Обзорный фильм от завода экранных учебно-наглядных пособий “Энергия и сила электричества”:
Широкое использование электричества является основа технического прогресса. На каждом современном промышленном предприятии все машины и производственные механизмы работают от электричества.
Например, по сравнению с другими видами энергии, он позволяет проводить термическую обработку материалов (нагрев, плавление, сварку) с наибольшим удобством и наилучшим технологическим эффектом. В настоящее время электрический ток широко используется для разложения химических веществ и получения металлов и газов, а также для обработки поверхности металлов с целью повышения их механической и коррозионной стойкости.
Для выработки электроэнергии требует энергетических ресурсов, которые могут быть возобновляемыми или невозобновляемыми. Возобновляемые ресурсы – это те, которые полностью возобновляются в течение одного поколения (вода, ветер, древесина и т.д.). Невозобновляемые ресурсы – это те, которые ранее были накоплены в природе, но практически не создаются новыми геологическими условиями – уголь, нефть, газ.
Каждый технологический процесс производства электроэнергии включает в себя одно или несколько преобразований различных видов энергии. Энергия, получаемая непосредственно из природы (топливо, вода, ветер и т.д.), называется основной. Энергия, получаемая человеком после переработки первичной энергии на электростанциях, называется вторичной энергией. дополнительно (электричество, энергия пара, энергия горячей воды и т.д.).
Тепловые электростанции (ТЭС), использующие энергию ископаемого и ядерного топлива, и гидроэлектростанции (ГЭС) составляют основу традиционного производства энергии. Единичная мощность электростанций обычно велика (сотни МВт установленной мощности), и они объединены в крупные энергосистемы. Крупные электростанции вырабатывают более 90% всей потребляемой электроэнергии и составляют основу централизованного комплекса по снабжению электроэнергией потребителей.
Названия электростанций обычно отражают, какой тип первичной энергии преобразуется в какой тип вторичной энергии, напр:
Тепловая электростанция (ТЭС) преобразует тепловую энергию в электрическую;
Гидроэлектростанция (ГЭС) преобразует энергию движения воды в электричество;
Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) преобразует энергию ветра в электричество.
Для сравнительной характеристики технологических процессов производства электроэнергии используются такие показатели, как коэффициент энергоэффективности, удельная стоимость 1 кВт установленной мощности электростанции, себестоимость вырабатываемой электроэнергии и т.д.
Электричество передается электромагнитным полем проводника; этот процесс имеет волнообразную природу. Часть передаваемой электроэнергии расходуется в самом проводнике, т.е. теряется. Отсюда концепция “потеря энергии”. Потери энергии происходят во всех компонентах системы электроснабжения: генераторах, трансформаторах, линиях передачи и т.д. и в потребителях электроэнергии (электродвигатели, приборы и электроустановки).
Общие потери электроэнергии состоят из двух частей: номинальных потерь, которые определяются условиями работы в номинальных режимах и оптимальным выбором параметров энергосистемы, и дополнительных потерь, вызванных отклонениями режимов и параметров от номинальных значений. Энергосбережение в энергосистемах заключается в минимизации номинальных и дополнительных потерь.
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в своих социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!
P = 200 Вт = 0,2 кВт t = 4 часа Тариф = 4,5 руб/кВт ⋅ час Стоимость – ? Стоимость = E ⋅ Тариф E = P ⋅ t Стоимость = P ⋅ t ⋅ Тариф = 0,2 ⋅ 4 ⋅ 4,5 = 3,6 (руб.).
1 Электричество
1 кВт ⋅ h = 1000 Вт ⋅ 3600 с = 3 600000 Вт ⋅ с = 3 600 000 Дж = 3,6 МДж .
Потребление электроэнергии в киловатт-часах на метров
Сколько стоит ˝часовой просмотр телевизора˝, если его мощность равна ˝200˝ ватт?
Переведем их не в единицы СИ (ватты и секунды), а в единицы, в которых подсчитывается количество потребленной электроэнергии (киловатты и часы).
P = 200 Вт = 0,2 кВт t = 4 ч Тариф = 4,5 руб/кВт ⋅ час Стоимость – ? Стоимость = E ⋅ Тариф E = P ⋅ t Стоимость = P ⋅ t ⋅ Тариф = 0, 2 ⋅ 4 ⋅ 4,5 = 3, 6 ( руб.)
Чтобы определить количество потребленной электроэнергии или выполненной работы в данном месяце, 1:
Определите показания счетчика на начало и конец месяца.
2: Разница в показаниях – это количество использованной за месяц электроэнергии в киловатт-часах.
3: Умножьте количество полученной электроэнергии на тариф.
Активная энергия, которая является компонентом общей выработанной мощности (измеряется в кВт/ч), выполняет полезную работу и является одинаковой для большинства приборов, включенных в расчет. Например, если в паспорте электроприбора (утюг, электроплита, обогреватель и т.д.) активная мощность указана в кВт, то кажущаяся мощность будет такой же, но в кВА.
Активная и реактивная мощность
Электроэнергия передается с помощью воздушных или кабельных линий. Эти линии называются сетями снабжения. Потребление электроэнергии абонентами рассчитывается на основе суммарной мощности тока, протекающего в электрической цепи. Общая потребляемая мощность делится на 2 значения энергии:
- активный;
- реактивный.
Активная энергия, которая является компонентом валовой вырабатываемой мощности (измеряется в кВ-А), выполняет полезную работу и является одинаковой для большинства оборудования, включенного в расчет. Например, если в паспорте электроприбора (утюг, электроплита, обогреватель и т.д.) активная мощность указана в кВт, то кажущаяся мощность будет такой же, только в кВ-А.
В цепях с реактивными элементами (емкостные или индуктивные нагрузки) часть видимой мощности не используется для выполнения полезной работы. Это будет реактивное электричество. Эта концепция характерна для цепей переменного тока. Имеется рассогласование фаз напряжения в фазе тока. Он является либо опережающим (при емкостной нагрузке), либо запаздывающим (при индуктивной нагрузке). Потери происходят из-за нагрева. Многие бытовые и промышленные приборы и оборудование имеют реактивную составляющую (электродвигатели, портативные электроинструменты, бытовая техника и т.д.) Коэффициент мощности затем включается в счет за электроэнергию. Он называется cos fi и его значение обычно находится в диапазоне от 0,6 до 0,9 (приводится в паспортных данных конкретного электроприбора). Если, например, номинальная мощность ручного инструмента составляет 0,8 кВт, а cos = 0,8, то общая потребляемая мощность составит 1 кВт (0,8/0,8). Это негативное явление, и с уменьшением значения cos полезная мощность уменьшается.
Пожалуйста, обратите внимание! Если конкретный электроприбор отсутствует или потерян из технического паспорта, для расчета кажущейся мощности используется cos = 0,7.
Чем выше значение cos, тем меньше потери активной мощности и, конечно, тем дешевле электроэнергия. Для увеличения этого коэффициента используются различные компенсирующие устройства. Это могут быть свинцовые генераторы, конденсаторные батареи и другие устройства.
Помимо передачи по проводникам, существует также беспроводная передача электроэнергии. В настоящее время существует технология беспроводной зарядки мобильных телефонов и некоторых бытовых приборов, электромобилей и т.д. Они имеют ограничения по дальности действия и низкую эффективность передачи энергии, поэтому не нашли широкого применения.
ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, использующая механическую энергию водотока. Плотина создает подпор в водотоке, что обеспечивает постоянный приток энергии. Вода проходит через водозаборник, уровень которого определяет скорость потока. Поток воды, вращая турбину, приводит в действие электрогенератор. Электроэнергия передается на распределительные подстанции по высоковольтным линиям.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
ОБЩЕСТВЕННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ вырабатывают электроэнергию, потребляя энергоресурсы, источники которых показаны в верхней части рисунка. По высоковольтным линиям электропередач электроэнергия поступает на распределительные подстанции, где напряжение снижается до уровня, удобного для потребителей. АЭС не показаны на рисунке.
Гидроэлектростанция, использующая механическую энергию водотока. Плотина создает подпор в водоеме, что обеспечивает постоянный приток энергии. Вода проходит через водозаборник, уровень которого определяет скорость потока. Поток воды, вращая турбину, приводит в действие электрогенератор. Высоковольтные линии передают электроэнергию на распределительные подстанции.
Атомная электростанция Блейяр (Франция).
ТРАНСФОРМЕРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ возле Бергена (Норвегия).Whatsapp и логотип Whatsapp являются торговыми марками корпорации WhatsApp LLC.
Использование электроэнергии
Широкое применение электричества обусловлено его ценными свойствами, способностью эффективно преобразовываться в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую) для привода машин и механизмов, получения тепла и света, изменения химического состава вещества, производства и обработки материалов и т.д.
Преобразование электрической энергии в механическую с помощью электродвигателей является наиболее удобным, технически совершенным и экономически выгодным способом приведения в движение многочисленных и разнообразных машин и рабочих механизмов (металлорежущих станков, прокатных станов; подъемно-транспортных машин, насосов, вентиляторов, швейных и обувных машин, молотилок, зерноочистительных и мукомольных машин и т.д.).
Электродвигатели приводят в движение поезда, морские и речные суда и городской транспорт. Благодаря применению электродвигателей в промышленности стало возможным уйти от неудобного и неэффективного группового редукторного привода, перевести рабочие машины на индивидуальный привод (каждая рабочая машина имеет свой электродвигатель), а сложные машины (например, прокатный стан, бумагоделательная машина и т.д.) на многодвигательный привод, где каждая группа электродвигателей выполняет свою определенную функцию в приводе.
Электрификация производственного оборудования позволяет не только механизировать, но и автоматизировать энергетические процессы, поскольку электродвигатель позволяет изменять мощность и скорость в широком диапазоне.
Во многих технологических процессах используется преобразование электрической энергии в тепловую и химическую. Электротермия и электролиз, например, позволяют производить высококачественные специальные стали и цветные металлы и обеспечивают высочайшую чистоту получаемых материалов. Электротермическая обработка металлов, резиновых изделий, пластмасс, стекла и дерева позволяет получить высококачественную продукцию.
Электрохимические процессы, лежащие в основе гальваники, позволяют получать антикоррозийные покрытия, поверхности, идеально отражающие лучи, и т.д.
Электрическая сварка получила большое развитие, особенно в нашей стране, что обеспечивает высокую производительность и другие технико-экономические показатели.
Электрические источники света обеспечивают высококачественное искусственное освещение. Использование электричества привело к выдающимся результатам в области коммуникационных технологий, автоматизации, электроники, управления и контроля технологических процессов и т.д.
В таких областях, как медицина, биология, астрономия, геология, математика и т.д., до недавнего времени использовались только электроприборы общего назначения (электрические лампы, электронагреватели, электродвигатели и т.д.), но сейчас все шире внедряются специализированные электроприборы, аппараты, оборудование, обеспечивая дальнейшее развитие этих областей как в научном плане, так и в плане использования.
Электронные вычислительные машины имеют огромное значение для развития науки и техники и становятся распространенным и высокоэффективным инструментом для научных исследований, экономических расчетов, планирования, контроля производственных процессов, диагностики заболеваний и т.д.
Производство электроэнергии
Электроэнергия может производиться из других видов энергии напрямую или путем косвенного преобразования.
Для этого используются природные энергетические ресурсы – реки и водопады, океанские приливы, ископаемое топливо, ядерное топливо, солнечная радиация, ветер, геотермальные источники.
Большое количество электроэнергии вырабатывается на электростанциях с помощью электромеханических генераторов – преобразователей механической энергии в электрическую.
На гидроэлектростанциях механическая энергия для электрогенераторов поступает от водяных турбин, которые черпают энергию из рек, постоянно обновляющихся в природе. Тепловые электростанции используют энергию ископаемого топлива. Тепловая энергия от сгорания топлива поступает в тепловые турбины (паровые, газовые), где преобразуется в механическую энергию и передается на электрогенераторы.
На атомных электростанциях тепловая энергия получается из энергии, содержащейся в ядрах атомов; в остальном схема получения электроэнергии такая же, как и на тепловых электростанциях.
Прямое преобразование химической, тепловой, радиационной энергии в электрическую осуществляется с помощью электрохимических, термоэлектрических, термоионных, фотоэлектрических генераторов. Эти устройства имеют низкую мощность и поэтому не подходят для мощной техники; они используются в радиотехнике, автоматике, космической технике.
Магнитогидродинамические генераторы и устройства для прямого преобразования термоядерной энергии в электричество более перспективны для получения электроэнергии в больших количествах.
Передача и распределение электроэнергии
Широкое использование электроэнергии при одновременной концентрации природных энергетических ресурсов в отдельных географических районах привело к необходимости ее передачи на большие расстояния и распределения среди потребителей в большом диапазоне мощностей.
В Советском Союзе существуют линии электропередач длиной более 1000 км (самая крупная из них проходит между Волжской гидроэлектростанцией им.) XXII съезд КПСС и Москва). Решаются вопросы, связанные со строительством сверхдальних линий электропередач (3500-5000 км) из сибирских регионов в европейскую часть страны.
Электроэнергия может быть легко распределена среди потребителей любой мощности. Устройства малой мощности (единицы и доли ватта) используются в коммуникационной, автоматизированной и измерительной технике. В то же время существуют электроприборы (двигатели, системы отопления) с мощностью в тысячи и десятки тысяч киловатт.
Металлические проводники (алюминий, сталь, медь) используются в сетях передачи и распределения электроэнергии. В проводниках и окружающем их диэлектрике генерируется электромагнитное поле, передающее энергию.
В присутствии проводников поле достигает высокой концентрации, поэтому передача происходит с высоким коэффициентом полезного действия и в количествах, достаточных для питания различных потребителей, в том числе высокой мощности.
В радиотехнике электромагнитные поля передаются без взаимосвязанных проводов, поэтому поле распространяется в пространстве и рассеивается на большой площади. Приемники получают лишь небольшое количество энергии, которой недостаточно для питания машин, отопительного оборудования, источников света и т.д. Однако этот метод подходит для передачи информации, поскольку для воспроизведения сигналов достаточно небольшой доли энергии передатчика.
Электрификация народного хозяйства и ее значение
Ценные свойства электричества были замечены уже в то время, когда наука и техника делали первые шаги на пути к его использованию.
Уже более 100 лет назад К. Маркс и Ф. Энгельс предвидел глубокое влияние электрификации на развитие человеческого общества.
Ленин писал и говорил об этом много раз. Он признал не только технические и экономические возможности, но и исключительную социальную значимость электрификации.
Указывая на необходимость электрификации, Ленин не ограничивал ее роль периодом восстановления народного хозяйства и строительства основ социализма, а видел в ней материально-техническую базу коммунистического общества. “Если Россия не перейдет на другую технологию, более высокую, чем раньше, то ни о каком восстановлении народного хозяйства и коммунизма не может быть и речи. Коммунизм – это советская власть плюс электрификация всей страны, ибо без электрификации невозможно поднять промышленность”.
В феврале 1920 года начала работу Государственная комиссия по электрификации России (ГОЭЛРО), созданная по инициативе Ленина. При постоянном внимании и поддержке Ленина комиссия подготовила комплексный план реконструкции и развития важнейших отраслей народного хозяйства на основе электрификации. В декабре того же года этот план был принят на Восьмом Всероссийском съезде Советов. По сравнению с нынешним уровнем электрификации план ГОЭЛРО был небольшим – в течение 10-15 лет планировалось построить 30 электростанций общей мощностью 1,5 млн кВт/ч, производящих 8,8 млрд кВт/ч электроэнергии в год. Но в то время, в годы разрухи и голода, даже такой план многим казался нереальным. V. I. Ленин твердо верил в успех дела и, признавая выдающееся экономическое и политическое значение плана, сказал о нем: “На мой взгляд, это наша вторая партийная программа”.
План ГОЭЛРО был реализован в течение 10 лет, и к 1935 году мощность построенных электростанций превысила запланированную почти в 2,5 раза.
О дальнейшем развитии электроэнергетического сектора можно судить по динамике производства электроэнергии (таблица B.1).
Годовое производство электроэнергии быстро росло и растет в основном за счет ввода в эксплуатацию новых тепловых и гидроэлектростанций. Наблюдается тенденция к увеличению единичной мощности электростанций и их генерирующих блоков.
| Год | 1913 | 1931 | 1940 | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 |
| Производство электроэнергии, млрд кВт/ч | 2,03 | 10,7 | 48,3 | 292,3 | 506,7 | 740,9 | 1038 | 1295 |
Потребность национальной экономики в электроэнергии будет продолжать расти, что приведет к увеличению производства электроэнергии. Для удовлетворения этого спроса необходимо строить не только новые электростанции, но и линии электропередач и различные энергопотребляющие установки, увеличивать производство трансформаторов, электродвигателей, распределительных устройств, электроматериалов, различных приборов и оборудования для автоматизации производственных процессов, электрификации домохозяйств и т.д.
В электрической системе (источник – линия – потребитель) энергия не накапливается, т.е. одновременно с получением в генераторе она полностью преобразуется в другую форму у потребителя. Поэтому быстрый рост производства электроэнергии свидетельствует о таких же темпах электрификации в целом, включая ее передачу, распределение и использование.
В настоящее время в мире около 1/3 всех производимых энергоресурсов используется для производства электроэнергии. Потребление электроэнергии растет в среднем в два раза быстрее, чем общее потребление энергоресурсов. В 1960 году было произведено около 2 000 млрд. кВт/ч электроэнергии, а в 1975 году – около 6 500 млрд. кВт/ч. По прогнозам экспертов, потребление электроэнергии в период с 1980 по 2000 год утроится и к началу следующего столетия достигнет ошеломляющей отметки в 30 000 млрд. кВт/ч.
Электрификация в СССР, которая является и будет являться основой непрерывного научно-технического и социального прогресса, развивается еще более быстрыми темпами. Решается амбициозная задача проведения полной электрификации всей страны и создания материальной базы коммунистического общества.
Полная электрификация означает повсеместное использование электроэнергии: в промышленности, транспорте, сельском хозяйстве и домашних хозяйствах. Особое внимание уделено комплексной механизации и автоматизации производства с широким применением электронно-вычислительных машин, электрификации тех участков и технологических процессов во всех отраслях народного хозяйства, где использование электроэнергии по тем или иным причинам было недостаточным.
Важнейшей задачей является рациональное использование электроэнергии, максимальное снижение потерь при ее потреблении, производстве, передаче и распределении.
Цель экономии касается не только электроэнергии, а охватывает все энергетические ресурсы. Это часть общей большой работы по экономии и рациональному использованию всех видов материалов, трудовых и финансовых ресурсов.
В отчетном докладе XXVI съезду КПСС говорилось, что от проведения этой работы, от умелого и эффективного использования всех имеющихся ресурсов зависит дальнейшее развитие экономики страны. В качестве одного из важнейших принципов экономической стратегии КПСС на предстоящий период съезд провозгласил отстаивание общественного блага, умение правильно использовать все виды ресурсов.
По предварительным оценкам, человечество располагает достаточными запасами ископаемого топлива, чтобы потреблять его около 150 лет в 2000 году. При том же уровне потребления только 10% рек мира могут производить электроэнергию; еще меньше можно ожидать от энергии приливов и ветра. С технической точки зрения возможности использования внутриземного тепла и энергии солнечного излучения очень ограничены. Таким образом, ископаемое и ядерное топливо будут основными источниками энергии в ближайшем будущем.
Планируемое ускорение строительства атомных электростанций обусловлено не только необходимостью экономить ископаемое топливо, но и их несомненными экологическими преимуществами.
Чтобы избавить человечество от угрозы “энергетического голода” и исключить вредное воздействие на окружающую среду, ученые ищут новые способы выработки электроэнергии, повышают мощность и эффективность установок для прямого преобразования тепловой, химической, солнечной энергии в электрическую.
При копировании любых материалов с сайта evkova.org активная ссылка на www.evkova.org обязательна.
Сайт создан командой педагогов на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи.
Сайт написан, поддерживается и управляется командой учителей
Whatsapp и логотип Whatsapp являются торговыми марками корпорации WhatsApp LLC.
Данный веб-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких обстоятельствах не является публичной офертой в понимании статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Анна Евкова не предоставляет никаких услуг.
где E – количество энергии.
Сноски
1) На самом деле, разница есть, например, потому что на экваторе сила, с которой Земля притягивает объекты, меньше, чем на полюсе, и один и тот же объем воды при разных температурах имеет разную массу. Однако в нашем случае этими деталями можно пренебречь.
2) Центральная нервная система человека управляет всеми внутренними органами с помощью электрических сигналов, и нервы фактически функционируют как электрические провода. Анализ и синтез таких сигналов позволяет создавать бионические протезы, например, руку, провода которой электрически соединены с нервами, так что мозг может управлять протезом, как “родным” органом. Подобно видеокамере или микрофону, они могут передавать сигналы непосредственно на зрительный или слуховой нерв, позволяя восстановить зрение или слух.
3) Транспортные средства с электрической силовой установкой, такие как некоторые виды гибридных автомобилей, самосвалы и даже тепловозы, работают по тому же принципу.
4) Известны юмористические эксперименты, в которых почтовые голуби переносили информацию, хранящуюся на небольших полупроводниковых носителях, быстрее, чем она передавалась через Интернет.
Читайте далее:- Сколько электроэнергии потребляет трамвай?.
- Топливные элементы/.
- Электричество – это. Что такое производство электроэнергии?.
- Расчет потребления электроэнергии: онлайн-калькулятор.
- Геотермальная энергия: как тепло Земли было превращено в эффективный энергетический ресурс /.
- Кибернетика, что это такое? Происхождение и справочная информация.
- Снижение потерь напряжения – Экономика энергетики.