ПРЕЗЕНТАЦИЯ НА ТЕМУ:
“ПРОИЗВОДСТВО И ПЕРЕДАЧА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ”
Ученицы 11 а класса ГБОУ СОШ № 1465 Старцовой Татьяны.
Учитель: Круглова Лариса Юрьевна1.Производство электроэнергии с
помощью электростанций
а) АЭС
б) ГЭС
в) ТЭЦ
2.Передача электроэнергии,типы линий
электропередач
а) Воздушные
б) Кабельные

Производство электроэнергии

Электроэнергия производится на
электростанциях. Существует три основных
типа электростанций:
o Атомные электростанции (АЭС)
o Гидроэлектростанции (ГЭС)
o Тепловые электростанции, или же
теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

Атомные электростанции

Атомная
электростанция (АЭС) -
ядерная установка для
производства энергии в
заданных режимах и условиях
применения,
располагающаяся в пределах
определённой проектом
территории, на которой для
осуществления этой цели
используются ядерный
реактор (реакторы) и
комплекс необходимых
систем, устройств,
оборудования и сооружений с
необходимыми работниками

Принцип работы

.

На рисунке показана схема работы атомной
электростанции с двухконтурным водо - водяным
энергетическим реактором. Энергия, выделяемая в
активной зоне реактора, передаётся теплоносителю
первого контура. Далее теплоноситель поступает в
теплообменник (парогенератор), где нагревает до
кипения воду второго контура. Полученный при этом
пар поступает в турбины,
вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин
пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим
количеством воды, поступающим из водохранилища.
Компенсатор давления представляет собой довольно
сложную и громоздкую конструкцию, которая служит
для выравнивания колебаний давления в контуре во
время работы реактора, возникающих за счёт теплового
расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре
может доходить до 160 атм (ВВЭР-1000).

.

Помимо воды, в различных реакторах в качестве
теплоносителя могут применяться также расплавы
металлов: натрий, свинец, эвтектический сплав свинца с
висмутом и др. Использование жидкометаллических
теплоносителей позволяет упростить конструкцию
оболочки активной зоны реактора (в отличие от
водяного контура, давление в жидкометаллическом
контуре не превышает атмосферное), избавиться от
компенсатора давления. Общее количество контуров
может меняться для различных реакторов, схема на
рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР (ВодоВодяной Энергетический Реактор). Реакторы типа
РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа)
использует один водяной контур, реакторы на быстрых
нейтронах - два натриевых и один водяной контуры,
перспективные проекты реакторных установок СВБР-100
и БРЕСТ предполагают двухконтурную схему, с тяжелым
теплоносителем в первом контуре и водой во втором.

Выработка электроэнергии

Мировыми лидерами в производстве ядерной
электроэнергии являются:
США (836,63 млрд кВт·ч/год), работает 104 атомных
реактора (20% от вырабатываемой электроэнергии)
Франция (439,73 млрд кВт·ч/год),
Япония (263,83 млрд кВт·ч/год),
Россия (177,39 млрд кВт·ч/год),
Корея (142,94 млрд кВт·ч/год)
Германия (140,53 млрд кВт·ч/год).
В мире действует 436 энергетических ядерных
реакторов общей мощностью 371,923 ГВт,
российская компания «ТВЭЛ» поставляет топливо
для 73 из них (17 % мирового рынка)

Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанция (ГЭС) - электростанция, в
качестве источника энергии использующая энергию
водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят
на реках, сооружая плотины и водохранилища.
Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС
необходимы два основных фактора: гарантированная
обеспеченность водой круглый год и возможно большие
уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству
каньонообразные виды рельефа.

Принцип работы

.

Цепью гидротехнических сооружений является
обеспечение необходимым напором воды, поступающей
на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие
генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Необходимый напор воды образуется посредством
строительства плотины, и как следствие концентрации
реки в определенном месте, или деривацией -
естественным током воды. В некоторых случаях для
получения необходимого напора воды используют
совместно и плотину, и деривацию.
Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции
располагается все энергетическое оборудование. В
зависимости от назначения, оно имеет свое
определенное деление. В машинном зале расположены
гидроагрегаты, непосредственно преобразующие
энергию тока воды в электрическую энергию.

.

Гидроэлектрические станции
разделяются в зависимости
от вырабатываемой мощности:
мощные - вырабатывают от 25 МВт и выше;
средние - до 25 МВт;
малые гидроэлектростанции - до 5 МВт.
Также они делятся в зависимости от
максимального использования напора
воды:
высоконапорные - более 60 м;
средненапорные - от 25 м;
низконапорные - от 3 до 25 м.

Крупнейшие ГЭС в мире

Наименование
Мощность
ГВт
Среднегодовая
выработка
Собственник
География
Три Ущелья
22,5
100 млрд кВт ч
р. Янцзы,
г. Сандоупин, Китай
Итайпу
14
100 млрд кВт ч
р. Карони, Венесуэла
Гури
10,3
40 млрд кВт ч
р. Токантинс, Бразилия
Черчилл-Фолс
5,43
35 млрд кВт ч
р. Черчилл, Канада
Тукуруи
8,3
21 млрд кВт ч
р. Парана,
Бразилия/Парагвай

Теплоэлектростанции

Тепловая электростанция (или тепловая
электрическая станция) -
электростанция, вырабатывающая
электрическую энергию за счет
преобразования химической
энергии топлива в механическую энергию
вращения вала электрогенератора.

Принцип работы

Типы

Котлотурбинные электростанции
Конденсационные электростанции (КЭС, исторически
получили название ГРЭС - государственная районная
электростанция)
Теплоэлектроцентрали (теплофикационные
электростанции, ТЭЦ)
Газотурбинные электростанции
Электростанции на базе парогазовых установок
Электростанции на основе поршневых
двигателей
С воспламенением от сжатия (дизель)
C воспламенением от искры
Комбинированного цикла

Передача электроэнергии

Передача электрической энергии от электрических
станций до потребителей осуществляется
по электрическим сетям. Электросетевое хозяйство -
естественно-монопольный сектор электроэнергетики:
потребитель может выбирать, у кого покупать
электроэнергию (то есть энергосбытовую компанию),
энергосбытовая компания может выбирать среди
оптовых поставщиков (производителей
электроэнергии), однако сеть, по которой поставляется
электроэнергия, как правило, одна, и потребитель
технически не может выбирать электросетевую
компанию. С технической точки зрения, электрическая
сеть представляет собой совокупность линий
электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов,
находящихся на подстанциях.

.

Линии электропередачи представляют собой
металлический проводник, по которому проходит
.
электрический
ток. В настоящее время практически
повсеместно используется переменный ток.
Электроснабжение в подавляющем большинстве
случаев - трёхфазное, поэтому линия
электропередачи, как правило, состоит из трёх фаз,
каждая из которых может включать в себя несколько
проводов.

Линии электропередачи делятся на 2 типа:

Воздушные
Кабельные

Воздушные

Воздушные ЛЭП подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на
специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на
воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах
крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты.
Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их
относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше
ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными КЛ): не
требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён
визуальный осмотр состояния линии. Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд
недостатков:
широкая полоса отчуждения: в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо
сооружения и сажать деревья; при прохождении линии через лес, деревья по
всей ширине полосы отчуждения вырубаются;
незащищённость от внешнего воздействия, например, падения деревьев на
линию и воровства проводов; несмотря на устройства грозозащиты, воздушные
линии также страдают от ударов молнии. По причине уязвимости, на одной
воздушной линии часто оборудуют две цепи: основную и резервную;
эстетическая непривлекательность; это одна из причин практически
повсеместного перехода на кабельный способ электропередачи в городской
черте.

Кабельные

Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические
кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить
общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три
токопроводящие жилы (по числу фаз). Кабели имеют как
внешнюю, так и междужильную изоляцию. Обычно в качестве
изолятора выступает трансформаторное масло в жидком виде,
или промасленная бумага. Токопроводящая сердцевина кабеля,
как правило, защищается стальной бронёй. С внешней стороны
кабель покрывается битумом. Бывают коллекторные и
бесколлекторные кабельные линии. В первом случае кабель
прокладывается в подземных бетонных каналах - коллекторах.
Через определённые промежутки на линии оборудуются
выходы на поверхность в виде люков - для удобства
проникновения ремонтных бригад в коллектор.
Бесколлекторные кабельные линии прокладываются
непосредственно в грунте.

.

Бесколлекторные линии существенно дешевле коллекторных при
строительстве, однако их эксплуатация более затратна в связи с
недоступностью кабеля. Главным достоинством кабельных линий
электропередачи (по сравнению с воздушными) является отсутствие широкой
полосы отчуждения. При условии достаточно глубокого заложения,
различные сооружения (в том числе жилые) могут строиться
непосредственно над коллекторной линией. В случае бесколлекторного
заложения строительство возможно в непосредственной близости от линии.
Кабельные линии не портят своим видом городской пейзаж, они гораздо
лучше воздушных защищены от внешнего воздействия. К недостаткам
кабельных линий электропередачи можно отнести высокую стоимость
строительства и последующей эксплуатации: даже в случае бесколлекторной
укладки сметная стоимость погонного метра кабельной линии в разы выше,
чем стоимость воздушной линии того же класса напряжения. Кабельные
линии менее доступны для визуального наблюдения их состояния (а в случае
бесколлекторной укладки - вообще недоступны), что также является
существенным эксплуатационным недостатком.

Типы электростанций Тепловые (ТЭС) - 50 % Тепловые (ТЭС) - 50 % Гидроэлектростанции (ГЭС) % Гидроэлектростанции (ГЭС) % Атомные (АЭС) - 15 % Атомные (АЭС) - 15 % Альтернативные источники Альтернативные источники энергии- 2 – 5 % (солнечная энергия, энергия термоядерного синтеза, приливная энергетика, ветроэнергетика) энергии- 2 – 5 % (солнечная энергия, энергия термоядерного синтеза, приливная энергетика, ветроэнергетика)

Генератор электрического тока Генератор преобразует механическую энергию в электрическую Генератор преобразует механическую энергию в электрическую Действие генератора основано на явлении электромагнитной индукции Действие генератора основано на явлении электромагнитной индукции

Рамка с током – основной элемент генератора Вращающаяся часть называется РОТОРОМ (магнит). Вращающаяся часть называется РОТОРОМ (магнит). Неподвижная часть называется СТАТОРОМ (рамка) Неподвижная часть называется СТАТОРОМ (рамка) При вращении рамки, пронизывающий рамку, магнитный поток изменяется во времени, вследствие чего в рамке возникает индукционный ток

Передача электроэнергии Для передачи электроэнергии потребителям используют линии электропередач (ЛЭП). При передаче электроэнергии на расстояние происходят её потери за счёт нагревания проводов (закон Джоуля - Ленца). Способы уменьшения тепловых потерь: 1) Уменьшение сопротивления проводов, но увеличение их диаметра (тяжелы – трудно подвешивать, и дорогостоящи – медь). 2) Уменьшение силы тока путём повышения напряжения.

Влияние тепловых электростанций на окружающую среду ТЭС – приводят к тепловому загрязнению воздуха продуктами сгорания топлива. ГЭС – приводят к затопления огромных территорий, которые выводятся из землепользования. АЭС - может привести к выбросу радиоактивных веществ.

Основные этапы производства, передачи и потребления электроэнергии 1.Механическую энергию преобразуют в электрическую с помощью генераторов на электростанциях. 1.Механическую энергию преобразуют в электрическую с помощью генераторов на электростанциях. 2. Электрическое напряжение повышают для передачи электроэнергии на большие расстояния. 2. Электрическое напряжение повышают для передачи электроэнергии на большие расстояния. 3. Электроэнергию передают под высоким напряжением по высоковольтным линиям электропередач. 3. Электроэнергию передают под высоким напряжением по высоковольтным линиям электропередач. 4. При распределении электроэнергии потребителям электрическое напряжение понижают. 4. При распределении электроэнергии потребителям электрическое напряжение понижают. 5. При потреблении электроэнергии её преобразуют в другие виды энергии – механическую, световую или внутреннюю. 5. При потреблении электроэнергии её преобразуют в другие виды энергии – механическую, световую или внутреннюю.

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам энергоресурсов. Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Рассмотрим первую возможность. Для уменьшения сопротивления проводов нужно либо использовать вещества с малым удельным сопротивлением (например, дорогие металлы серебро или медь), либо уменьшить длину провода (и энергия не дойдет до потребителя), либо увеличить площадь поперечного сечения проводов (и тогда они станут тяжелыми и могут обломить опоры). Как видите, первая возможность невыполнима на практике.

Рассмотрим теперь вторую возможность. При изучении трансформатора мы отметили, что повышение напряжения сопровождается понижением силы тока, причем, в такое же число раз. Поэтому, прежде чем ток от генератора попадет в линию электропередач, он должен быть трансформирован (преобразован) в ток высокого напряжения. Повысив напряжение с 10 кВ до 1000 кВ, то есть в 100 раз, мы в такое же число раз понизим силу тока. А количество же теплоты, бесполезно выделяющееся в проводах, согласно закону Джоуля-Ленца, уменьшится в 100 2, то есть в раз! Q=I 2 Rt Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении

Генераторы обычно вырабатывают энергию около 12 кВ. На электростанциях ставят повышающие трансформаторы, от которых энергия поступает в линию электропередачи. Для потребителей эл.энергии напряжение необходимо понизить. Это делают в несколько этапов с помощью понижающих трансформаторов.

Расположенные в разных регионах страны электростанции, соединённые высоковольтными ЛЭП, образуют вместе с подключенными к ним потребителями Единую энергетическую систему. Создание ЕЭС в стране имеет важное значение, т.к. потребление эл.энергии в течение суток неравномерно. Однако по техническим и экономическим условиям выработка электроэнергии должна быть непрерывной. Объединённые энергосистемы регионов из разных часовых поясов, обеспечивают бесперебойность подачи энергии

Рассмотрим следующую задачу: поселок потребляет электрическую мощность в среднем 120 кВт от электростанции, расположенной в 10 км. Полное сопротивление линии электропередачи равно 0,4 Ом. Следует определить потери мощности при напряжении на линии: а) 240 В; б) В Решение: а) P=IU. Если передать мощность 120 кВт при напряжении 240 В, то сила тока в линии составит потери мощности достигнут: б) При U = В, Потери мощности составят: Меньше 1% общей мощности будет теряться в линии, если энергию передавать высоким напряжением.

Использование электроэнергии Главным потребителем электроэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Крупным потребителем является также транспорт. Все большее количество железнодорожных линий переводится на электрическую тягу.

Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и т. п.). Современная цивилизация немыслима без широкого использования электроэнергии. Нарушение снабжения электроэнергией большого города при аварии парализует его жизнь.

Передача электроэнергии Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливо- и гидроресурсов. Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Передача энергии связана с заметными потерями. Дело в том, что электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля-Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой где R – сопротивление линии.

Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии передачи. Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Так, в высоковольтной линии передачи Волжская ГЭС – Москва и некоторых других используют напряжение 500 кВ. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие кВ.

Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. 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.

В последнее время, в связи с экологическими проблемами, дефицитом ископаемого топлива и его неравномерным географическим распределением, становится целесообразным вырабатывать электроэнергию используя ветроэнергетические установки, солн ечные батареи, малые газогенераторы

Производство, передача и использование электрической энергии Вопрос

• Какими преимуществами обладает переменный ток перед постоянным?

Генератор

• Генератор - устройства, преобразующие энергию того или иного вида в электрическую энергию.

Виды энергии Генератор переменного тока

• Генератор состоит из
• постоянного магнита, создающего магнитное поле, и обмотки, в которой индуцируется переменная ЭДС

• Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. Там механическая энергия превращается в электрическую.

Трансформаторы

• ТРАНСФОРМАТОР– аппарат, преобразующий переменный ток, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности.
• В простейшем случае трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на который надеты две катушки с проволочными обмотками. Та из обмоток, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а та, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.

Трансформатор

• Первичная Вторичная
• обмотка обмотка
• Подключается
• к источнику
• ~ напряжения к «нагрузке»
• замкнутый стальной сердечник

• Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Характеристика трансформатора

• Коэффициент трансформации
• U1/U2 =N1/N2=K
• K>1трансформатор понижающий
• K<1трансформатор повышающий

Производство электрической энергии

• Производится электроэнергия на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существует несколько типов электростанций: тепловые, гидроэлектрические и атомные электростанции.

• Тепловые электростанции

Использование электроэнергии

• Главным потребителем электроэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Крупным потребителем является также транспорт. Все большее количество железнодорожных линий переводиться на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от государственных электростанций для производственных и бытовых нужд. Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используются для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и т. п.).

Передача электроэнергии

• Трансформаторы изменяют напряжение
• в нескольких точках линии.

Эффективное использование электроэнергии

• Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается. Удовлетворить эту потребность можно двумя способами.
• Самый естественный и единственный на первый взгляд способ – строительство новых мощных электростанций. Но ТЭС потребляют не возобновляемые природные ресурсы, а также наносят большой ущерб экологическому равновесию на нашей планете.
• Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом. Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не росту мощности электростанций.

Задачи

• № 966, 967

Ответ

• 1) напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать (трансформировать) почти без потерь энергии;
• 2)переменный ток легко преобразуется в постоянный
• 3)генератор переменного тока намного проще и дешевле.

Домашнее задание

• §§38-41 упр 5 (с 123)
• ПОДУМАЙ:
• ПОЧЕМУ ГУДИТ ТРАНСФОРМАТОР?
• Подготовить презентацию «Использование трансформаторов»
• (для желающих)

Список литературы:

• Физика. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый и профил. уровни /Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. – М:Просвещение, 2014. – 399 с
• О.И. Громцева. Физика. ЕГЭ. Полный курс. – М.: Издательство «Экзамен», 2015.-367 с
• Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике. 11 класс. – М.: ВАКО, 2014. – 464 с
• Рымкевич А.П., Рымкевич П.А. Сборник задач по физике для 10-11 классов средней школы. – 13 изд. – М.: Просвещение,2014. – 160 с