Из чего делают электричество
Перейти к содержимому

Из чего делают электричество

  • автор:

Из чего делают электричество

IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

  • Главная
  • Список секций
  • Физика
  • КАК ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

КАК ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

Верходанов И.А. 1
Литвиновская Н.Ю. 1

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Электричество имеет большое значение в нашей жизни. Почти все, что нас окружает, работает на электричестве. Например, бытовая техника у нас дома: телевизоры, стиральные машины, холодильники, компьютеры, лампочки для освещения. На улице за счет электрического тока ездят троллейбусы, трамваи, электрички, и, даже машины, используют электричество для управления и освещения дороги фарами. На заводах на электричестве работают станки, печи и другие сложные механизмы.

Так откуда же берется электричество, которое поступает к нам в дом по проводам?

В своей работе я изучу, как вырабатывается электричество на электростанциях: ТЭЦ, АЭС, гидроэлектростанция, ветроэлектростанция. Как по электрическим проводам, закрепленным на специальных опорах, электричество направляется в город, затем в каждый дом, в каждую квартиру.

В экспериментальной части докажу, как «маленький» генератор вырабатывает ток, которого будет достаточно для освещения домика.

Тема «Как получают электричество» мне особенно интересна, потому что, чтобы изготовить макеты, надо паять настоящие схемы.

Цель исследования: изучение возникновения электричества.

Задачи исследования:

Изучить, как появляется электричество за счет преобразования энергии воды, ветра, солнца и газа.

Понять, как устроен генератор, который вырабатывает электричество.

Рассмотреть, как устроена батарейка (переносной источник энергии).

Провести эксперименты: подключить игрушечный домик к генератору, который будет вырабатывать электрический ток, чтобы включить в домике освещение. Затем, таким же образом включить вентилятор.

Изготовить самодельную батарейку из соленой воды и металлических пластинок.

Содержание работы:

Первое, что необходимо сделать: проанализировать учебную литературу. Из нее я узнал следующее: Электричество вырабатывается на электростанциях, затем по электрическим проводам, закрепленным на специальных опорах, направляется в город, затем в каждый дом, в каждую квартиру.

Электростанции

Электричество вырабатывается на электростанциях за счет преобразования энергии воды, ветра, солнца и газа в электрическую энергию (рис.1).

Рис.1 Электростанции: а – теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), б — атомная электростанция, в – гидроэлектростанция, г – ветроэлектростанции.

Теплоэлектроцентраль (рис.1а), одна из самых распространенных станций, дает городу не только электричество, но и тепло для отопления домов зимой. Таких станций построено очень много. Как она работает? В большой печке сжигают газ, тот самый газ, на котором мы готовим еду в кухне, см. схему на рис.2. Газ нагревает котел с водой. Вода, нагреваясь, превращается в пар. Пар вращает турбину, а она в свою очередь вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город. Дым от сгоревшего газа выходит в трубу, а пар охлаждаясь в градирне, превращаясь обратно в воду, возвращается в котел. Зимой эта горячая вода направляется в наши дома, для отопления квартир. Теперь мы видим, что механическая энергия вращения, превращается в электрическую энергию, в генераторе . [1, 4]

Рис.2. Схема работы ТЭЦ

Атомная электростанция (АЭС) сложнее предыдущей электростанции, см. рис.1б. Их меньше у нас в стране. Все дело в том, что в них не сжигают газ, а используют тепло от ядерной реакции (рис. 3). Получение такой ядерной энергии очень сложный процесс. На АЭС внутри реактора циркулирует обычная вода, очищенная от всех примесей. Реактор запускается, когда из его активной зоны извлекаются стержни, поглощающие нейтроны. Во время цепной реакции высвобождается большая тепловая энергия. Вода, циркулируя через активную зону, омывая топливные элементы, нагревается до 320 0 С. Проходя внутри теплообменных трубок парогенератора, вода первого контура отдает тепло воде второго контура, не соприкасаясь с ней, что исключает попадание радиоактивных веществ за пределы реакторного зала. В остальном схема точно такая же, как и предыдущая. Вода второго контура превращается в пар. Пар с бешеной скоростью вращает турбину, а турбина приводит в движение электрогенератор, который вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город [1, 4].

Рис. 3 Схема работы АЭС

Гидроэлектростанция есть у нас в Перми (рис.1-в). В таких электростанциях используют энергию падающей воды. Для этого — строят поперек реки плотину. С ее высоты вода падает вниз и вращает турбину, а турбина вращает генератор, который вырабатывает электричество. Схема работы гидроэлектростанции показана на рис.4 [1, 4].

Рис. 4 Схема работы гидроэлектростанции

Ветроэлектростанции используют энергию ветра (рис.1-г). Такие электростанции не очень мощные. Ветер вращает лопасти вентилятора, похожие на лопасти самолета, только очень большие. А они уже вращают генератор (рис.5) [4].

Рис. 5 Схема работы ветроэлектростанции

Есть и другие электростанции, в которых ничего не вращается, и в них нет генератора. Это солнечные электростанции [4]. Энергия солнечного света преобразуется в электрическую в солнечных панелях, изготовленных из специального материала, который под воздействием солнечной энергии начинает вырабатывать электрический ток (рис.6).

Рис. 6 Схема работы солнечной электростанции

Устройство генератора

Так как же устроен генератор, который вырабатывает электричество?

Все мы знаем, что такое магнит, любой с ним сталкивался и играл. Магнит притягивает к себе металлические предметы. Магниты бывают разные: большие и маленькие, сильные и слабые [1].

Если в магнитное поле поместить рамку, сделанную из электрического провода, закрепить ее так, чтобы можно было вращать за ручку, то получится простейший генератор [1, 3]. Если вращать рамку, в ней возникнет электрический ток. И, если ток будет достаточно мощный, то им можно будет зажечь электрическую лампочку (рис.7). В настоящих генераторах используют вместо рамки очень длинный провод, намотанный на специальные катушки и за счет этого, генераторы получаются очень мощные.

Рис.7 Схема устройства генератора

Но что будет, если к генератору подвести электрический ток?

Если к генератору подвести электрический ток, то рамка начнет сама вращаться, то есть произойдет обратный эффект (рис.8). Такие устройства называются электродвигатели [1, 3]. Они так же бываю большими и маленькими, мощными и слабыми.

Рис.8 Схема устройства двигателя

Что делать, если источник энергии нужен переносной, а не связанный с розеткой проводами? Для этого существуют, всем нам знакомые, батарейки.

Батарейки

Батарейка — это, емкость в которой происходит химическая реакция. Самая простая батарейка состоит из цинкового стаканчика, графитового стержня и электролита между ними (рис.9).

Рис.9 Устройство батарейки

В процессе использования батарейки, химическая реакция разрушает ее изнутри и батарейка «садится», то есть разряжается. Чем больше мы нагружаем батарейку, тем сильнее химическая реакция и тем быстрее она разрядится [1, 2].

Самую простую батарейку можно изготовить дома [2]. Для этого необходимо взять два разных «металла»: гвоздик и монетка — это будут электроды (рис.10), а в качестве электролита можно использовать лимон.

Рис.10 Самодельная батарейка

Но надо учесть, что такая батарейка будет очень слабая и ее не хватит даже для того, чтобы загорелась лампочка. То, что электричество появилось, мы видим только на приборе, который называется вольтметр.

Еще самодельную батарейку можно изготовить из соленой воды и металлических пластинок (рис.11). Ее устройство очень простое. Имеется три баночки, наполненные простой соленой водой. В каждую из них опускаем по два электрода, изготовленных из металлических пластинок. Одна пластинка покрыта медью, а вторая — цинком.

Рис. 11 Самодельная батарейка

Вот такую батарейку я и продемонстрирую в экспериментальной части моей работы. А также проведу другие эксперименты: подключу игрушечный домик к генератору, который будет вырабатывать электрический ток, чтобы включить в домике освещение. И докажу следующее: механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, в генераторе.

Экспериментальная часть:

В первом эксперименте я подключу игрушечный домик к маленькой электростанции (рис.12). Буду вращать ручку, и маленький генератор будет вырабатывать ток, которого хватит, чтобы в домике заработало освещение.

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 90х170 мм, 70х165 мм, розетка, механизм от фонарика, провода, вилка, лампочки (5 шт.), клей.

Рис. 12 Первый эксперимент

Во втором эксперименте я подключу к электростанции вентилятор (рис.13). Мы увидим, как механическая энергии вращения в генераторе, преобразуется в электрическую, бежит по проводам к вентилятору, и в его двигателе, преобразуется обратно в энергию вращения.

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 95х210 мм, 70х165 мм, розетка, провода, вилка, клей, вентилятор, электродвигатель.

Рис.13 Второй эксперимент

В третьем эксперименте я подключу к батарейкам, по-очереди, все тот же домик и вентилятор (рис.14-а,-б).

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 95х210 мм, 70х165 мм, 90х170 мм, розетка, провода, вилка, клей, вентилятор, электродвигатель, лампочки (5 шт.), батарейки.

Рис.14 Третий эксперимент

В следующем – четвертом эксперименте я продемонстрирую самодельную батарейку (рис.15-а). Берем баночки заполненные соленой водой. В каждую из них опускаем по два электрода, изготовленные из металлических пластинок. Одна пластинка покрыта медью, а вторая цинком.

Материалы для изготовления макета: картон Ø 20 мм, часовой механизм, лампочка (1 шт.), провода, три баночки с соленой водой, деревянная фанерка 75х330 мм для основания, медные и цинковые пластинки длиной 75 мм, клей.

Рис.15 Четвертый эксперимент

Энергии этих трех батареек хватило, чтобы загорелась лампочка и пошли часы (рис.15-б).

Выводы

В своей работе я рассмотрел, как работают: ТЭЦ, АЭС, гидроэлектростанция, ветроэлектростанция. Схема работы ТЭЦ и АЭС в целом похожи: нагревается котел с водой, вода превращается в пар. Пар вращает турбину, а турбина вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город. В одном случае сжигают газ, а, во втором — используют тепло от ядерной реакции. В гидроэлектростанциях используют энергию падающей воды для вращения турбины, а турбина вращает генератор, который вырабатывает электричество. В ветроэлектростанциях ветер вращает лопасти вентилятора, а они уже вращают генератор.

Во всех электростанциях реализуется следующее: механическая энергия вращения превращается в электрическую энергию, в генераторе. Но есть и другие электростанции, в которых ничего не вращается, и, в них нет генератора. Это — солнечные батареи. Они изготовлены из специального материала, и, под воздействием солнца вырабатывают электрический ток.

Далее в работе я рассмотрел устройство батарейки — переносного источника энергии. И как можно самую простую батарейку изготовить дома.

В практической части я провел несколько экспериментов. В первом эксперименте подключил игрушечный домик к «маленькой электростанции». «Маленький» генератор вырабатывает ток, которого достаточно для включения в доме электричества. Во втором — подключил к электростанции вентилятор. Механическая энергия вращения в генераторе, преобразуется в электрическую, бежит по проводам к вентилятору, и в его двигателе, преобразуется обратно в энергию вращения. В третьем эксперименте я подключил к батарейкам, по очереди, все тот же домик и вентилятор. В четвертом эксперименте я продемонстрировал самодельную батарейку. В каждую из трех баночек с соленой водой опустил по два электрода, изготовленные из металлических пластинок из меди и цинка.

В проведенных двух экспериментах, я подтвердил и наглядно продемонстрировал следующее: механическая энергия вращения в генераторе, преобразуется в электрическую. А также изготовил самодельную батарейку, энергии которой хватило, чтобы загорелась лампочка и пошли часы.

Но, у меня остались вопросы, на которые мне предстоит найти ответы:

Как протекает ядерная реакция? Какие АЭС есть у нас в стране? А еще мне интересно почему произошла авария в Чернобыле.

О, сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух,

И опыт – сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг.

1 Ю.И. Дик, В. А. Ильин, Д.А. Исаев и др. /Физика: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Издательство «Дрофа», 2000 год.

2 «Энциклопедия для детей от А до Я» / Издательство «Махаон», Москва, 2010.

3 А.А. Бахметьев/ Электронный конструктор «Знаток»/ Практические занятия по физике. 8, 9, 10, 11 классы.// Москва, 2005 год.

Производство электроэнергии

Роль энергетики в современной жизни и промышленности сложно переоценить.
Говоря языком кино, эта роль «первого плана». Если прекращается подача электроэнергии, вы обнаруживаете, что ваш смартфон сам не заряжается, чайник не греется, и темно.

Большая часть электроэнергии в мире производится на электрических станциях трех типов.

Тепловые электростанции (ТЭС)

Здесь тепловая энергия образуется при сжигании органического топлива (уголь, газ, мазут, торф, сланцы), и используется для вращения турбин, приводящих в движение электрогенератор, превращаясь таким образом, в электроэнергию.

Гидроэлектростанции (ГЭС).

Механическая энергия потока воды с помощью гидравлических турбин, вращающих электрогенераторы, преобразуется в электроэнергию.

Атомные электростанции (АЭС).

Тепловая энергия, полученная в результате цепной ядерной реакции, опять же преобразуется в электроэнергию.

В крупнейшей газодобывающей компании России «Газпром добыча Ямбург» для производства электроэнергии используют газотурбинные электростанции (ГТЭС), один из видов ТЭС. Это современные, высокотехнологичные установки, генерирующие тепловую энергию и электричество.

Газотурбинные установки (ГТУ) используются в любых климатических условиях как основной или резервный источник тепла и электроэнергии для бытовых и производственных объектов. В зависимости от рабочего режима ГТУ, меняется топливо. В обычном режиме они работают на газе, а в резервном (аварийном) – на дизельном топливе.
ГТУ работают на одном или нескольких газотурбинных двигателях (силовых агрегатах). Они связаны с электрогенератором и образуют единый энергетический комплекс.

ГТУ работают на одном или нескольких газотурбинных двигателях (силовых агрегатах). Они связаны с электрогенератором и образуют единый энергетический комплекс.

«Умникам и умницам»

Воздушный компрессор газотурбинной электростанции сжимает атмосферный воздух, повышая его давление, и непрерывно подает его в камеру сгорания.

Туда же непрерывно подается необходимое количество топлива – газа. Смесь воспламеняется. При сгорании газовоздушной смеси образуется энергия в виде потока раскаленных газов температурой 900-1200°С. Этот поток с высокой скоростью устремляется на рабочее колесо турбины и вращает его. Вращательная кинетическая энергия через вал турбины приводит в действие компрессор и электрический генератор.

С клемм электрогенератора произведенное электричество через трансформатор направляется в электросеть, к потребителям энергии.

proizvodstvo_1.png

Передача электроэнергии от электростанций до потребителя осуществляется по электросетям. С технической точки зрения, электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях.

Наиболее распространенным видом технологического топлива в мировой электроэнергетике выступает уголь. Это объясняется относительной дешевизной и широкой распространенностью запасов данного вида топлива.

Использование газа при производстве электроэнергии позволяет сократить выброс в атмосферу вредных веществ, в первую очередь углекислого газа.

Увеличение объемов добычи природного газа, появление высокоэффективных технологий производства электроэнергии, основанных на применении данного вида топлива, а также ужесточение политики по охране окружающей среды, привели к значительному росту использования газа в мировой электроэнергетике за последние годы.

proizvodstvo_2.png

Однако транспортировка угля на значительные расстояния и высокий уровень выброса в атмосферу загрязняющих веществ делают его во многих случаях нерентабельным видом топлива для электростанций.

Способы получения электроэнергии: где мир берет силы для развития

С каждым годом мировое потребление электричества растет, поэтому приходится задействовать все доступные способы его выработки. Разбираемся, какие технологии получения электроэнергии существуют и как они влияют на окружающую среду.

Тепловая электростанция
Фото: aapsky / iStock

Тепловые электростанции как источник энергии

В 2021 году с помощью тепловых электростанций (ТЭС) получено 62% мировой электроэнергии. Они работают на органическом топливе — природном газе, угле, мазуте, торфе, горючих сланцах. Нагретая в котле вода превращается в пар, который подается в паровую турбину. В результате ее вращения механическая энергия преобразуется в электрический ток.

Преимущество ТЭС — сравнительно небольшие затраты на строительство и обслуживание. Но при производстве электроэнергии в атмосферу попадают большие объемы CO2 и других парниковых газов, вызывающих изменения климата, и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксид серы, зола, сернистый газ. Они приводят к увеличению риска развития различных заболеваний.

Влияние энергетики на экологию — насколько вредны уголь, нефть и газ

Влияние энергетики на экологию — насколько вредны уголь, нефть и газ

И когда планета и люди вздохнут спокойно

Опасения вызывают и стремительно уменьшающиеся запасы природных ресурсов. По оценкам Минприроды, запасы нефти в России будут исчерпаны через 16-17 лет, а природного газа — через 20. Мировые залежи нефти закончатся позже — примерно через 50 лет.

С учетом вышесказанного многие государства начали активный переход на более безопасную для природы возобновляемую энергию — солнца, ветра и т. д. По-прежнему востребованы атомная и гидроэнергетика. Обеспечение всеобщего доступа к экологически чистым источникам энергии является одной из Целей устойчивого развития (ЦУР) Организации объединенных наций (ООН).

ГЭС «Илья-Солтейра» в Бразилии
Фото: edsongrandisoli / iStock

Перспективность гидроэлектростанций

Около 84% энергии, генерируемой на базе возобновляемых источников, вырабатывают гидроэлектростанции (ГЭС). Это одна шестая всей электроэнергии планеты. Большая часть мировой гидроэлектроэнергии производится в Бразилии, США, КНР, Канаде, России. По оценкам Международного энергетического агентства, в дальнейшем 80% ГЭС будут строиться в развивающихся странах с большим гидропотенциалом.

При работе гидроэлектростанций используется кинетическая энергия потока воды, приводящая в движение турбину. Для создания напора применяются плотины, специальные отводы, расположенные под наклоном (для горных рек), или аккумуляторные насосы, перекачивающие воду из одного резервуара в другой.

Гидроэнергетика использует возобновляемый ресурс и не дает вредных выбросов. Кроме того, мощность этого источника электроэнергии легко отрегулировать путем изменения интенсивности потока воды. С учетом этих преимуществ именно гидроэнергетику рассматривают как наиболее перспективную замену ТЭС.

Но строительство крупных ГЭС также оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Так, из-за Иркутской ГЭС уровень воды в озере Байкал повысился на один метр, что вызвало оползни и разрушение берегов. Кроме того, строительство гидроэлектростанций приводит к ухудшению условий обитания растений и животных, в том числе к снижению концентрации кислорода в воде, нарушению путей миграции рыб.

10 причин, почему крупные ГЭС опасны для природы и человека

10 причин, почему крупные ГЭС опасны для природы и человека

Что не так с большими гидроэлектростанциями

Природоохранные организации предлагают ограничиться строительством малых и средних ГЭС. Эффективность этого решения уже подтверждена мировым опытом. Так, в Китае работает более 90 тыс. малых ГЭС. Они обеспечивают 30% электроэнергии, потребляемой сельскими регионами.

Солнечная электростанция в Китае
Фото: Jenson / iStock

Солнце как самый мощный источник получения электроэнергии

Согласно данным Европейской ассоциации солнечной энергетики SolarPower Europe, солнечные электростанции (СЭС) обеспечивают выработку 2,6% мировой электроэнергии. В то же время эта отрасль лидирует по объемам инвестиций. Эксперты Института энергетики НИУ ВШЭ отмечают, что в 2019 году прирост мощностей СЭС в 2,5 раза превысил введенные мощности угольных и газовых станций.

СЭС отражают лучи солнца с помощью зеркал, концентрируя их на приемнике, наполненном маслом или водой. Пар, выделяемый при нагреве жидкости, приводит в действие электрогенератор.

Солнечная энергетика обладает огромным потенциалом. Каждый квадратный метр космического пространства содержит около 1,3 тыс. Вт энергии солнца. Две трети этого количества преодолевают атмосферу и достигают поверхности нашей планеты. Ученые подсчитали, что за 18 ясных дней на Землю поступает столько энергии, сколько содержится во всех запасах нефти, угля и природного газа.

Мировыми лидерами по мощностям солнечной энергетики являются Китай, Германия, Япония и США. В нашей стране эта отрасль тоже развивается: уже построено около 80 крупных СЭС общей мощностью более 1,8 ГВт. Кроме того, государство поддерживает микрогенерацию — каждый человек может установить солнечный модуль, например за окном или на крыше, чтобы генерировать электроэнергию и продавать ее ресурсоснабжающим компаниям.

Как солнечные панели экономят плату за электричество

Как солнечные панели экономят плату за электричество

Пять выводов о том, как развивается частная солнечная энергетика в России

Средний срок службы солнечных батарей — 25-30 лет. Все это время обеспечиваются получение и передача электроэнергии потребителям без дополнительных затрат на обслуживание. Достаточно смывать с модулей пыль 3-4 раза в год. Передача электроэнергии осуществляется по электрическим сетям.

Ветер энергоперемен

Ветроэнергетика развивается быстрее, чем другие технологии ВИЭ. В 2020 году ее мощности увеличились на 95,3 ГВт, в 2021-м — на 93,6 ГВт. Общая мощность ветрогенераторов в мире равна 837 ГВт. К началу 2021 года на ВЭС приходилось 0,13% генерации в России.

Ветроэнергетика не загрязняет атмосферу, но шум и вибрации, создаваемые генераторами, отпугивают животных, обитающих поблизости. Также существует опасность гибели птиц, пролетающих рядом с лопастями. Но действие этих факторов не настолько велико, чтобы всерьез задуматься об отказе от энергии ветра. Так, по данным Европейской ассоциации ветряной энергетики (EWEA), от столкновения с ВЭС гибнет в 3,5 тысячи раз меньше птиц, чем от когтей и зубов кошек. Кроме того, в США создали систему, выключающую генератор при приближении охраняемых пернатых.

Несмотря на активное развитие сектора ВЭС, динамика его роста по-прежнему недостаточна для того, чтобы достичь углеродной нейтральности к 2050 году. По оценкам специалистов из Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC), необходимо ежегодно строить в четыре раза больше турбин.

Эксперт: Россия может перейти с угля и газа на ветер

Эксперт: Россия может перейти с угля и газа на ветер

Ветровая электроэнергия в стране уже сопоставима по стоимости с традиционной

Тепловая энергия океана

Воды Мирового океана занимают около 70% поверхности планеты и накапливают большое количество тепловой энергии cолнца. Эту энергию преобразуют в электричество с помощью специального оборудования. Для его эффективной работы необходима разница температур между поверхностным и глубоким слоями воды не менее 20 °C.

Существует три вида океанических теплоэлектростанций (ОТЭС):

В системе открытого цикла прогретая солнцем океаническая вода превращается в пар в камере с низким давлением, снижающим температуру ее кипения. Пар запускает турбину, а на выходе холодная глубинная вода возвращает его в жидкое состояние.

В установках закрытого цикла теплая вода испаряет рабочую жидкость (пропан, фреон, аммиак), циркулирующую по замкнутой системе трубок и проходящую через теплообменник. В этом случае океаническая вода должна быть прогрета до нужной температуры.

В ОТЭС смешанного типа вода преобразуется в пар, который испаряет рабочую жидкость.

Описанный выше порядок получения электроэнергии при помощи ОТЭС подходит только для тропических регионов. Но планируется построить подобные станции и в Арктике, где они будут работать за счет разницы температур подледного слоя воды и воздуха, превышающей 26 °C.

Увеличение объемов использования тепловой энергии океана включено в национальные программы Индии, США, Швеции, Франции, Японии. Так, президент Франции поставил задачу: к 2030 году полностью перевести остров Реюньон на энергию ОТЭС.

Ростовская атомная электростанция
Фото: Эрик Романенко / ТАСС

Атомная энергетика

В мире функционирует более 400 ядерных реакторов, и еще 475 планируется построить. 98% атомных электростанций (АЭС) сконцентрировано в Европе, Северной Америке и Азиатско-Тихоокеанском регионе. В России АЭС вырабатывают 20% всей электроэнергии страны. Сейчас госкорпорация «Росатом» строит три новых энергоблока, в том числе инновационный реактор БРЕСТ-ОД-300 с замкнутым топливным циклом. Облученное топливо будет перерабатываться и использоваться повторно, благодаря чему система станет практически безотходной.

«Замести под коврик»: как в России утилизируют радиоактивные отходы

«Замести под коврик»: как в России утилизируют радиоактивные отходы

Грамотно ли в нашей стране поступают с атомными реакторами и топливом

В недавнем заявлении Еврокомиссии говорится, что ядерная энергетика поможет увеличить долю использования возобновляемых источников энергии и перейти к климатической нейтральности, то есть минимизировать влияние электростанций на климат. Этот способ получения электричества имеет еще одно достоинство: энергоемкость ядерного топлива в 10 4 раз больше нефти.

Климатолог Джеймс Хансен отметил, что переход на атомную энергетику может спасти 7 млн жизней в год. Именно столько людей умирает от загрязнения воздуха, вызванного выбросами теплоэлектростанций.

У развития атомной энергетики есть одно препятствие — негативные ассоциации, связанные с катастрофами в Чернобыле и Фукусиме. Но надежность современных ядерных реакторов не оставляет поводов для опасений: согласно исследованию медицинского журнала Lancet, атомная энергия по безопасности превосходит даже солнечные панели.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.

Электростанции: типы и особенности

Выработка электричества распространенным способом происходит в результате преобразования механического усилия: вал генератора приводится в движение, что и создает электрический заряд. На электростанциях устанавливают генераторные установки, производительность которых зависит от параметров вращения и технической конструкции. Принципиально иной способ получения электрозаряда используется в солнечных панелях, которые поглощают световые лучи и преобразуют энергию солнца в напряжение.

Откуда берется электричество?

Электростанции подразделяются по источнику первичной энергии, которая участвует в производстве электроэнергии. Для этой цели человек приспособил природные силы и разработал технологии передачи энергетического потенциала горючих соединений в проводные коммуникации в виде электрического тока. На службу техническому прогрессу призваны: реки, ветер, океанские приливы и отливы, солнечный свет, а также — топливные, невозобновляемые ресурсы.

В крупных промышленных масштабах электричество получают на электростанциях следующих типов:

  • гидроэлектростанции (ГРЭС);
  • тепловые (ТЭС, в том числе, ТЭЦ — теплоэлектроцентрали);
  • атомные (АЭС или АТЭЦ).

Благодаря развитию технологий возрастает количество электростанций, использующих альтернативные источники энергии. К ним относятся приливные, ветровые, солнечные, геотермальные электрогенерирующие объекты. В отдельную категорию можно выделить комплексные автономные решения, состоящие из нескольких газотурбинных или дизельных генераторов, которые объедены для обеспечения высокой производительности.

Автономные электростанции

Генераторные комплексы автономного типа применяют для резервного электроснабжения, а также в ситуациях, когда прокладка высоковольтной ЛЭП затруднена природными условиями и оказывается нерентабельной. Необходимость установки мобильных электростанций возникает рядом с месторождениями полезных ископаемых, на производственных или строительных участках, значительно удаленных от проложенных электросетей.

Выработка электричества генераторными комплексами (производительность) зависит от количества генерирующих модулей, подключенных в единую цепь, и, по сути, ограничена только экономическими издержками. По сравнению с производством электроэнергии в крупных промышленных масштабах на АЭС, ТЭС, ГРЭС стоимость одного «дизельного» или «газотурбинного» мегавата обходится дороже. Поэтому при наличии подходящих условий инженеры-проектировщики и архитекторы производственных предприятий, населенных пунктов, жилых массивов ориентируются на подключение к подаче магистрального напряжения.

Производство электроэнергии в крупных масштабах

В двадцатом веке наибольший процент выработки электрической энергии приходился на ТЭС и ТЭЦ. С развитием атомной энергетики общемировая доля производства электроэнергии на АЭС превысила 10%. Строительство ГРЭС ограничено несколькими природными факторами, и поэтому гидроспособ преобразования используется локально, с привязкой к равнинным рекам. Полностью экологичное электричество или «зеленые мегаватты» — продукция объектов альтернативной выработки, — в 21-ом веке набирает популярность, что связано с заботой об окружающей среде и со стремлением рационально расходовать природные ресурсы.

ТЭС

Тепловые электростанции стали популярными по причине сравнительно небольших затрат для выхода на проектную мощность. Строительство ТЭС не связано с созданием плотин и монтажом ядерных реакторов. Для преобразования энергетического потенциала углеводородов в электроэнергию необходима технологическая система, состоящая из паровых котлов, паропровода и турбогенераторов. Масштабы и схемы могут быть разными, в том числе, в комбинации с теплоцентралью, но основной принцип работы ТЭС неизменен для всех случаев: тепло от сгорания через промежуточное парообразование преобразуется в электрическое напряжение.

ГРЭС

Гидроэлектростанции в отличие от тепловых не требуют топлива, удаления твердых отходов (угольные, торфяные, сланцевые ТЭС) и не загрязняют атмосферу продуктами сгорания. Но на широтах с холодными зимами и замерзающими водоемами производительность ГРЭС зависит от сезонных факторов. Затраты, вложенные в строительство плотин, окупаются продолжительное время, а уничтожение пахотных земель в результате затопления требует тщательной оценки того, насколько целесообразно возводить гидротехнические сооружения в определенном регионе.

АЭС

Атомные электростанции преобразуют энергию ядерного распада в электричество. Тепло от реактора поглощает теплоноситель первичного контура с нагревом через парогенератор воды во втором контурном цикле, откуда пар подается на генераторные турбины — и вращает их. Сложность процесса и опасность, связанная с аварийными ситуациями, ограничивают распространение данного виды выработки. Работа реактора должна контролироваться современными технологиями, а отработанное топливо — утилизироваться с соблюдением защитных мер.

26 января 2018

Поделитесь ссылкой со своими друзьями:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *