Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ФІЗИКА - Золота колекція рефератів - 2018

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

Розвиток енергетики лежить в основі прогресу сучасного виробництва, енергооснащеність якого визначає зростання продуктивності праці. Значимість технічного прогресу визначається безсумнівними перевагами електроенергії — відносною (у порівнянні з іншими видами енергії) легкістю її одержання, передачі й використання. Але є й безсумнівна складність використання електроенергії — неможливість нагромадження її у великих кількостях.

У найзагальнішому вигляді електроенергетику можна представити як таку, що складається з трьох основних галузей; виробництво, передача й використання електроенергії. У сучасному світі, як і півстоліття тому, електроенергія в основному виробляється на теплових, атомних і гідроелектростанціях. Передача електроенергії здійснюється лініями змінного і постійного струму, а використовується електроенергія переважно для електроприводів

(механічний рух, наприклад, електромотор), електротермії, електролізу й електроосвітлення.

Виробництво електроенергії на гідроелектростанціях (ГЕС) має незаперечні переваги: ГЕС використовують «поновлюване паливо» — потенційну енергію води, раціоналізуючи наливний баланс країни. Електроенергія, вироблена на ГЕС, найдешевша в порівнянні з електроенергією, виробленою іншими видами електростанцій. Потужність ГЕС визначається щосекундною витратою води, яка падає на турбіну, і висотою греблі.

Більша частина електроенергії зараз, на початку XXI ст. виробляється тепловими електростанціями (ТЕС). На потреби електроенергетики йде переважна частина палива (вугілля, нафти, газу). Найближчим часом таке положення збережеться, хоча частка теплової електроенергетики в загальному виробництві енергії неухильно скорочуватиметься. Основні характеристики ТЕС — їхня потужність і ККД — залежать від температури й тиску пари. Підвищення ККД досягається підвищенням температури кипіння води в казані, що пов’язане зі збільшенням тиску. Тому тиск перегрітої пари на сучасних ТЕС досягає (2,4-2,5) • 107 Па, а її температура — 560 °С. Усе це визначає граничний реальний ККД сучасних ТЕС: 40- 41 %. Подальше зростання ККД обмежується тим, що ще не створено матеріали, здатні витримувати протягом тривалого часу настільки високі температури й тиски. Викиди двигунів ТЕС роблять украй шкідливий вплив па навколишнє середовище; подальший розвиток теплової енергетики багато в чому визначатиметься екологічною безпекою енергетичних пристроїв.

Сьогодні найперспективнішою галуззю електроенергетики є атомна енергетика.

Нуклони найлегших і найважчих елементів мають менше значення питомої енергії зв’язку, і вони менш щільно «упаковані» у ядрі в порівнянні з елементами, що знаходяться у середині таблиці Д. І. Менделєєва. Це й визначає два шляхи звільнення енергії ядер: за рахунок поділу важких або злиття легких ядер.

Сучасні електростанції використовують реакції ядерного поділу, для яких існує три основні технічні умови. По-перше, коефіцієнт розмноження нейтронів повинен бути не менше одиниці; по-друге, вторинні нейтрони повинні бути здатними ділити ядра пального; по-третє, ядер пального має бути достатньо. Усім трьом умовам відповідають тільки подільні ізотони урану й плутонію.

Атомна енергетика сьогодні базується (і в найближчій перспективі базуватиметься) па застосуванні реакторів на повільних нейтронах, що використовують у своїй роботі тільки уран-235 (в 1 т природного урану його міститься всього 7,14 кг). Хоча запасів урану досить багато, проблема забезпечення ядерним паливом атомних електростанцій і його раціонального використання видається важливою. У зв’язку з цим реактори на швидких нейтронах, які не тільки виробляють енергію, але й самі виробляють паливо, мають величезні переваги. У найближчі

десятиліття, безсумнівно, будуть створені не тільки потужні «швидкі» реактори, але й реактори термоядерного синтезу. Створення останніх утруднене через украй жорсткі умови, при яких починається термоядерний синтез: плазма легких елементів — термоядерне паливо повинна бути розігріта до температури приблизно в 100 млн °С. Однак подолання цих труднощів потрібно вважати виправданим, тому що, по-перше, ККД термоядерних реакторів набагато перевершує ККД реакторів поділу важких ядер, по-друге, видобуток термоядерного палива — справа набагато простіша і безпечніша, ніж видобуток і збагачення радіоактивного урану.

Існує кілька нетрадиційних методів одержання електроенергії. Нижче будуть коротко описані найперспективніші з них.

ВІТРОЕНЕРГЕТИКА

Па Землі є досить багато ділянок, де вітри дмуть приблизно в одному напрямку й з досить постійною силою. Таким є, наприклад, Чорноморське узбережжя, де вже використовуються вітроенергетичні установки, сполучені з дизельними електростанціями, у яких поперемінно працюють вітро- і дизельна установки. Таке сполучення винятково вигідне: заощаджується до 75 %дизельного палива. На території нашої країни вітроустановки набули поширення ще в передвоєнні роки. Однак у зв’язку з розвитком електрифікації села в 60-ті рр. роботи в галузі вітроенергетики практично припинилися. Сьогодні використання вітроустановок для енергопостачання автономних споживачів (особливо в районах, де доставка палива обходиться дорого) набуває розвитку. Створений ряд вітроенергетичних установок потужністю 1-4,8-16,16-30 кВт для приводу електричних генераторів і ведуться дослідження перспективних конструкцій.

ПРИПЛИВНА ЕНЕРГЕТИКА

Загальносвітовий потенціал потужності припливів дуже великий, він складає мільярди кіловатів. Як відомо, припливи підкоряються місячному календарю, максимуми й мінімуми припливів чергуються через 6 год 12 хв. Будівництво припливних електростанцій (ПЕС) вигідне тільки в тих районах, де висота припливної хвилі (рівень припливу), форма й площа берегової поверхні дозволяють побудувати рентабельну ПЕС. Робота ПЕС грунтується на тому, що під час припливу морська вода заповнює верхній басейн. У максимум припливу закривається затвор греблі. Після початку відливу вода спускається через гідротурбіни, пов’язані з генераторами. Потужність припливу в басейні приблизно може бути де S — площа припливного басейну, h — різниця рівнів при припливі.

СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА

У тепловому балансі Землі сонячне випромінювання відіграє вирішальну роль, потужність випромінювання, що падає на землю, визначає граничну потужність (не більше 3-5 % від сонячної), яку можна виробляти на Землі без істотного порушення теплового балансу. Утворення всіх джерел мінеральної сировини (нафта, газ, вугілля, уранова руда) пов’язане з «акумулюванням» протягом мільйонів років сонячного випромінювання. Рух повітря й води на Землі теж в основному визначається дією сонячного випромінювання.

Інтенсивність сонячного випромінювання й тривалість сонячного сяйва в південних районах країни дають можливість за допомогою сонячних концентратів одержати досить високу температуру робочого тіла для його використання в теплосилових установках. Наприкінці 80-х рр. минулого сторіччя в селищі Щелкіно Кримської області була споруджена експериментальна сонячна електрична станція — СЕС-5. Сонячний парогенератор, розмішений на висоті 70 м, обігрівається за допомогою 1600 плоских дзеркальних геліостатів, кожний з яких має розмір 5 х 5 м. Геліостати обладнані системами автоматичного спостереження за положенням Сонця. Площа поверхні нагрівання парогенератора 154 м2. Станція дає близько 30 т пари на годину при тиску 4 МПа й температурі 250 °С і виробляє на рік 5,8 млн кВт/год електроенергії, забезпечуючи економію до 2 тис. т умовного палива.

Розробляються такі шляхи використання енергії Сонця: обігрів приміщень, опріснення морської води, кондиціювання, одержання механічної енергії, вироблення електроенергії за допомогою напівпровідникових фотоелементів.

Висока розсіяність енергії й нестабільність її надходження — недоліки сонячної енергетики. Другий недолік частково компенсується використанням акумулювальних пристроїв.

БІОЕНЕРГЕТИКА

Використання біомаси для цілей енергетики становить основу біоенергетики. Поняття «біомаса» охоплює всі види сировини рослинного й тваринного походження, органічні відходи й продукти життєдіяльності. Біомасу використовують в енергетиці як джерело енергії шляхом прямого спалювання або одержують спирти й біогаз, переробляючи її. Переробка біомаси здійснюється двома способами: за допомогою термохімічних процесів або методом біотехнічної переробки. Біогаз складається з метану (50-70 %) і оксиду карбону (50-30 %). За теплотою згоряння 1 м3 біогазу еквівалентний 0,6-0,8 кг умовного палива. Наприклад, уже використовуються в біоенергетиці спеціально вирощувані морські водорості. За своїм енергетичним потенціалом 1 кг цих водоростей еквівалентний 250 г нафти. З водоростей можна одержувати газоподібне паливо — метан або рідкі речовини, схожі на нафту.

Існують проекти будівництва сміттєспалювальних установок з паровими котлами. Навіть стоки великих міст можуть піддаватися обробці з метою одержання газу (метану) і добрив. Є також інший, уже використовуваний шлях переробки міських відходів: сміття завантажується у вологому вигляді, подрібнюється, випарюється, перетворюється на суміш газів. Гази конденсуються. У найкращих установках з 1 т сміття одержують 300-400 кг рідкого палива, рівноцінного гасу.

У недалекому майбутньому має відбутися вирішення важливого для народного господарства завдання — значного поліпшення використання вторинних ресурсів.

У вторинних енергетичних ресурсах міститься величезна кількість енергії. Сьогодні у промисловості з користю використовується 40-42 % енергії, одержуваної від спалювання палива. Інша частина даремно втрачається.

Ці втрати особливо великі в таких галузях народного господарства, як чорна й кольорова металургія, хімія, нафтохімія й ін. У металургії вторинні енергетичні ресурси утворюються, наприклад, при деяких технологічних процесах: гази, що набувають при цих процесах досить високої температури (до 1000 °С і вище), іноді просто викидаються в атмосферу. Але ці вторинні енергетичні ресурси можуть бути використані для одержання, наприклад, електричної енергії. Наприклад, при одержанні сталі з чавуну через конвектори продувається кисень. Вихідні гази, які мають високу температуру, можуть використовуватися для генерації пари. Так, при продуванні киснем тільки одного конвектора може бути отримане до 250 т пари на годину. За допомогою спеціальних котлів-утилізаторів внутрішня енергія вихідних газів може бути використана по-господарському.

Великим джерелом вторинних енергетичних ресурсів є скидне тепло енергетичних об’єктів (насамперед електростанцій різного типу). Наприклад, на конденсаційних теплових електростанціях майже половина енергії, одержуваної від спалювання палива, втрачається з водою, що охолоджує конденсатори парових турбін. На виході з конденсаторів вода має температуру 25-27 °С, потім вона охолоджується ще до 10-12 °С. Традиційними методами використовувати цю енергію досить важко. Разом з тим остудити воду до потрібної температури можна за допомогою теплових насосів, а отримуване тепло спрямувати, наприклад, на опалення житлових і виробничих приміщень, теплиць, відкритого грунту. Теплові насоси можуть знайти собі застосування скрізь, де є джерела досить теплої води або повітря (15-40 °С), стати одним з великих і перспективних напрямків енергопостачання.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.