Великих изобретений; Рыжков К.В.; Москва; 1999

100 великих изобретений; Рыжков К.В.; Москва; 1999.

Оптика и атомная физика; Гершензон Е. М., Малов Н.Н.; Москва; 2000.

Электродинамика; Гершензон Е. М., Малов Н.Н.; Москва; 2002.

Энциклопедия по физике; Володин В.А.; Москва; 2000.

Энергетические ресурсы мира; Непорожний П.С., Попков В.И.,; Москва; 1995г.

Источники энергии. Факты, проблемы, решения; Москва; 1997г

Краткая справка

Курчатов Игорь Васильевич выдающийся советский физик и организатор науки. И.В. Курчатов окончил Крымский университет в 1923 г. С 1925 по 1942 гг. работал в Ленинградском физико-техническом институте.

Ранние работы Курчатова посвящены физике диэлектриков. Он заложил основы учения о сегнетоэлектричестве, внес существенный вклад в изучение кристаллов. В 1935 г. открывает явление ядерной изомерии, начинает работу над изучением ядерных реакций.

В 1943 г. был назначен правительством СССР ответственным за разработку и создание атомного оружия. Организует в Москве секретную Лабораторию №2 АН СССР (ныне Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова), на территории которой начинается строительство первого в нашей стране ядерного реактора (запущен 25 декабря 1946 г.). Курчатов проявил себя как выдающийся организатор, сумевший за считанные годы собрать коллектив лучших ученых страны и добиться решения сложнейшей проблемы создания ядерного оружия (в 1949 г. в СССР была испытана первая атомная бомба, в 1953 г. – первая водородная бомба).

Последние годы жизни Курчатов посвятил работе над созданием термоядерного реактора.

Карл Густав Патрик де Лаваль (9.5.1845 - 2.2.1913, Стокгольм), шведский инженер и изобретатель. По национальности француз. Окончил технологический институт и университет (1872) в Упсале. В 1878 сконструировал центробежный сепаратор непрерывного действия (для молока). В 1889 построил паровую турбину активного типа. Впервые применил расширяющиеся сопла, гибкий вал, диск равного сопротивления, позволивший достигать очень высоких окружных скоростей (419 м/сек). Кроме того, в турбинах Лаваля были предусмотрены многие новые элементы, часть из которых используется в современном турбостроении. Лаваль разработал также теорию сопла. Вследствие ряда конструктивных недостатков и относительно небольшой мощности турбины Лаваля не получили распространения, но сыграли важную роль в развитии турбостроения.

Зенобий Теофил Грамм, (1826-1901), бельгийский электротехник, изобретатель (1870) названных его именем магнито- и динамо-электрических машин (также кольцо Грамма), давших возможность создания и применения электрического тока для промышленных целей.

Томас Иоганн Зеебек (9.4. 1770 - 10.12.1831), немецкий физик, член Берлинской АН (1818). Изучал медицину в Берлине и Гёттингене. В 1821 открыл явление термоэлектричества. Совместно с Ж. Пельтье поставил ряд опытов, в которых был показан переход тепловой энергии в электрическую и обратно. Зеебек принадлежат также работы по физической оп тике, физической химии и др.

Солнечные электростанции (СЭС)

Солнечное излучение — экологически чистый и возобновляемый источник энергии. Запасы солнечной энергии огромны, годовое количество поступающей на Землю энергии составляет 1,05*10¹⁸ кВтч, из них 2*10¹⁷ кВтч приходится на поверхность суши. Из этого количества энергии 1,62*10¹⁶ кВтч в год могут быть использованы без ущерба для окружающей среды, что эквивалентно сжиганию 2*10¹² т угля в год. Последняя цифра в 60 раз превышает прогнозируемое на 2020 год производство этого вида энергоресурсов на земном шаре — 34,2 млрд. т угля.

Однако использование этой энергии для производства электричества в крупных размерах сопряжено с большими трудностями, главные из которых — низкая плотность солнечной радиации на поверхности земли и прерывистый характер ее поступления. Известные пути преодоления этих препятствий — создание аккумуляторов энергии и комбинированных солнечно-топливных или солнечно-атомных энергосистем, а также применение концентрирующих солнечную энергию устройств, повышающих ее плотность. Однако, эти решения не нашли широкого применения особенно в странах, расположенных в высоких широтах, из-за неконкурентоспособности с традиционными электростанциями.

Преобразование солнечной энергии в доступные для использования виды осуществляется двумя способами: фототермическим − преобразование световой энергии в тепловую, а затем при необходимости в электрическую и фотоэлектрическим − прямое преобразование световой энергии в электрическую. Наиболее простой − это фототермический способ. При фототермическом способе солнечные лучи с помощью зеркал фокусируют на котле с водой, вода нагревается и превращается в пар, водяной пар направляют в турбину, где он совершает работу — вращение турбины. Генератор переменного тока, вращаемый турбиной вырабатывает электрический ток. Пригодны они и для работы в космосе, но в этом случае необходим специальный теплообменник— излучатель, выполняющий роль конденсатора пара. При этом если в наземной паротурбинной установке теплота конденсации отводится циркулирующей водой, то в условиях космоса отвод тепла отработавшего в турбине пара или газа возможен только излучением. Поэтому энергоустановка должна быть замкнутой. Энергоустановки, работающие на фототермическом способе имеют КПД около 11% и способны набирать номинальную частоту вращения турбины менее чем через одну минуту после наведения солнечного пятна на полость котла.

При фотоэлектрическом методе происходит преобразование световой энергии в электрическую. Существует два типа фотоэлектрических генераторов: Термоэлектрогенераторы и солнечные батареи

Термоэлектрогенераторы основаны на открытом в 1821 году немецким физиком Т.И. Зеебеком термоэлектрическом эффекте, состоящем в возникновении на концах двух разнородных проводников термо-ЭДС, если концы этих проводников находятся при разной температуре.

Открытый эффект первоначально использовался в термометрии для измерения температур. Энергетический КПД таких устройств, подразумевающий отношение электрической мощности, выделяемой на нагрузке, к подведенному теплу, составлял доли процента. Только после того, как академик А.Ф. Иоффе предложил использовать для изготовления термоэлементов вместо металлов полупроводники, стало возможным энергетическое использование термоэлектрического эффекта для выработки электроэнергии, и в 1940—1941 годах в Ленинградском физико-техническом институте был создан первый в мире полупроводниковый термоэлектрогенератор. Трудами А.Ф. Иоффе и его школы в 40—50-е годы была разработана и теория термоэлектрического эффекта в полупроводниках, а также синтезированы весьма эффективные термоэлектрические материалы.

Соединяя между собой отдельные термоэлектрические элементы можно достичь достаточно больших мощностей. Однако установка в 50 Вт будет весить около 1 кг, следовательно, чтобы обеспечить крупный город электроэнергией около 10 ГВт необходимо, чтобы масса солнечной батареи была около 200 тыс. т.

Солнечная батарея — соединение нескольких фотоэлектрических генераторов. Фотоэлектрический генератор основан на внутреннем фотоэффекте. Первые фотоэлектрические генераторы с практически приемлемым КПД преобразования около 6% были разработаны Г. Пирсоном, К. Фуллером и Д. Чапиным в США в 1953—54 годах. Внутренний фотоэффект − явление перераспределение электронов по энергетическим состояниям в конденсированной среде, происходящее при поглощении электромагнитного излучения, и появления электрического тока в цепи. В неметаллических телах фотоэффект проявляется в изменении электропроводности, диэлектрической проницаемости среды или в возникновении на ее границах электродвижущей силы. В металлах из-за их высокой электропроводности этот эффект практически не заметен.

Обычно солнечные батареи выполняют в виде плоской панели, собранной из отдельных фотоэлементов, причём толщина полупроводника не превышает 0,2-0,3 мм. КПД серийно выпускаемых фотоэлектрических генераторов 10-12%, у лучших образцов он достигает 15-18%. Фотоэлектрические генераторы способны преобразовывать энергию излучения сверхвысокой плотности до нескольких кВт/см². Отдельные элементы фотоэлектрического генератора. могут быть соединены между собой как последовательно, так и параллельно; при этом от генератора можно получать соответственно малую силу тока при большом напряжении или большую силу тока, но при малом напряжении. Солнечные батареи имеют меньшую массу чем термоэлектрогенераторы. При вырабатываемой мощности в 200 Вт солнечная батарея имеет массу в 1 кг.

Особенностью солнечных батарей является то, что они вырабатывают только постоянный ток. Для преобразования постоянного тока в переменный необходим инвертор. Инверторы − полупроводниковые приборы. Они могут быть разделены на два типа в соответствии с типом фотоэлектрических систем: инверторы для автономных систем и инверторы для сетевого применения.

Выходное напряжение автономных инверторов в большинстве случаев составляет 220 В, а в инверторах мощностью 10 -100 кВт можно получать трехфазное напряжение 380 В. Все автономные инверторы преобразуют постоянный ток аккумуляторных батарей, поэтому входное напряжение выбирается из ряда 12, 24, 48 и 120 В. Чем больше входное напряжение, тем проще инвертор и тем больше его КПД. При больших напряжениях значительно меньше потери на передачу энергии от солнечного генератора к аккумуляторной батарее, регулятору зарядки и инвертору, но при этом усложняется конструкция солнечного генератора и его эксплуатация при опасных напряжениях (выше 40 В).

Энергетические характеристики солнечных батарей определяются полупроводниковым материалом, конструктивными особенностями солнечных батарей является, количество элементов в батарее. Распространённые материалы для солнечных батарей — Si, GaAs; реже используются CdS, CdTe. Наиболее высокий КПД получен в солнечных батареях из Si со структурой, имеющей электронно-дырочный переход— 15% при освещении в земных условиях, и в солнечных батареях на основе GaAs с полупроводниковым гетеропереходом (18%).

Достоинства фотоэлектрического генератора − портативность, практически неограниченный срок службы и хранения, отсутствие движущихся частей, простота обслуживания, отсутствие вредных для окружающей среды выделений; их недостаток − относительно высокая стоимость. Фотоэлектрические генераторы используют в качестве автономных источников энергопитания аппаратуры космических летательных аппаратов, радиоприёмников и приёмно-передающих радиостанций, маяков и навигационных указателей, устройств антикоррозионной защиты нефтепроводов и газопроводов и т.п. Разработаны проекты создания солнечных электростанций большой мощности на основе фотоэлектрических генераторов, снабженных концентраторами солнечного излучения.

В конечном итоге можно сделать следующие выводы:

Факторы "За" солнечные электростанций:

1. Неисчерпаемость используемых ресурсов.

2. Портативность.

3. Широкие перспективы развития в космической промышленности.

4. Очень большой срок эксплуатации установок

Факторы "Против" солнечных электростанций:

1. Высокая стоимость установок.

2. Низкая плотность поступающей энергии (солнечной).

3. Непостоянство и прерывистый характер поступающей энергии.

Тепловые электростанции (ТЭС)

Тепловая электростанция — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. На сегодняшний день большая часть электроэнергии производиться на ТЭС. Первые ТЭС появились в конце 19 в. (в 1882 - в Нью-Йорке, 1883 - в Петербурге, 1884 - в Берлине) и получили преимущественное распространение. В середине 70-х гг. XX в. ТЭС - основной вид электрических станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в СССР и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973). Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в котлоагрегате для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора. Главным элементом ТПЭС является котлоагрегат. Котлоагрегат — котельный агрегат, конструктивно объединённый в единое целое комплекс устройств для получения под давлением пара или горячей воды за счёт сжигания топлива. Главной частью котлоагрегата являются топочная камера и газоходы, в которых размещены поверхности нагрева, воспринимающие тепло продуктов сгорания топлива. Элементы котлоагрегата опираются на каркас и защищены от потерь тепла обмуровкой и изоляцией. Котлоагрегаты применяются на тепловых электростанциях для снабжения паром турбин; в промышленных и отопительных котельных для выработки пара и горячей воды на технологические и отопительные нужды; в судовых котельных установках. Конструкция котлоагрегата зависит от его назначения, вида применяемого топлива и способа сжигания, единичной паропроизводительности, а также от давления и температуры вырабатываемого пара.

В топочной камере котлоагрегата происходят сгорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания в результате лучистого теплообмена между нагретыми газами и покрывающими стены топочной камеры трубами, по которым циркулирует охлаждающая их среда (вода или пар). Система этих труб называется топочными экранами. На выходе из топки газы имеют температуру порядка 1000°С. Для дальнейшего охлаждения газов на их пути устанавливают трубчатые поверхности нагрева — пароперегреватели, выполняемые обычно в виде ширм — трубчатых змеевиков, собранных в плоские пакеты. Теплообмен в ширмовых поверхностях осуществляется излучением и конвекцией, поэтому часто такие поверхности называют полурадиационными. Пройдя ширмовый пароперегреватель, газы с температурой 800—900 °С поступают в конвективные пароперегреватели высокого и низкого давления, представляющие собой пакеты труб. Теплообмен в этих и последующих поверхностях нагрева осуществляется в основном конвекцией, и они называются конвективными. После пароперегревателя на пути газов, имеющих температуру 600—700°С, устанавливается водяной экономайзер, а далее воздухоподогреватель, в котором газы охлаждаются до 130—170°С. Экономайзер —элемент котлоагрегата, теплообменник, в котором вода перед подачей в котёл подогревается уходящими из котла газами. Дальнейшему снижению температуры уходящих из котлоагрегата газов путём полезного использования их тепла для нагрева рабочей среды препятствует конденсация на поверхностях нагрева паров воды и серной кислоты, образующейся при сжигании сернистых топлив, что приводит к интенсивному загрязнению поверхностей нагрева золовыми частицами и к коррозии металла. Охлажденные газы, пройдя устройства очистки от золы и в некоторых случаях от серы, выбрасываются дымовой трубой в атмосферу. Твёрдые продукты сгорания топлива, уловленные в котлоагрегате, периодически или непрерывно удаляются через системы золоудаления и шлакоудаления. Для поддержания поверхностей нагрева в чистоте в котлоагрегате предусматривается комплекс периодически включаемых обдувочных и обмывочных аппаратов и дробеочистительных устройств.

По характеру движения рабочей среды котлоагрегаты бывают с многократной естественной или принудительной циркуляцией и прямоточные. В котлоагрегатах с многократной циркуляцией рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру, частично испаряясь в обогреваемой части контура. Образовавшийся пар отделяется от воды в барабане, а испарённая часть котловой воды возмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водяной экономайзер и далее в барабан. Движение рабочей среды по циркуляционному контуру в котлоагрегате с естественной циркуляцией осуществляется вследствие разности плотностей пароводяной смеси в обогреваемой части контура и воды в необогреваемой или слабо обогреваемой его части. В котлоагрегате с принудительной циркуляцией рабочая среда по контуру перемещается под действием циркуляционного насоса. Непрерывное упаривание котловой воды в котлоагрегате с многократной естественной или принудительной циркуляцией приводит к возрастанию концентрации растворённых и взвешенных в ней примесей: солей, окислов, гидратов окислов, которые могут, отлагаясь на внутренней поверхности обогреваемых труб, ухудшать условия их охлаждения и стать причиной перегрева металла и аварийной остановки котлоагрегата из-за разрыва труб. Кроме того, чрезмерное повышение концентрации примесей в котловой воде недопустимо из-за уноса их паром из барабана с капельками воды или в виде парового раствора в пароперегреватель, а также в турбину, где примеси оседают на лопатках турбомашины, уменьшая её КПД. Во избежание возрастания концентрации примесей в котловой воде производятся непрерывные и периодические продувки котла. Предельно допустимая концентрация примесей определяется конструкцией и параметрами котлоагрегата, составом питательной воды и тепловыми напряжениями экранных поверхностей нагрева. В прямоточном котлоагрегате нагрев, испарение воды и перегрев пара осуществляются за один проход среды по тракту. При такой организации процесса генерации пара примеси, содержащиеся в воде, не могут быть выведены из котлоагрегата продувкой части котловой воды, как это имеет место в котлоагрегате с естественной или принудительной многократной циркуляцией. В прямоточномкотлоагрегате часть примесей осаждается на внутреннюю поверхности труб, а часть поступает в турбину, где отлагается на лопатках. Поэтому к воде прямоточных котлоагрегатах предъявляются более жёсткие требования в отношении её качества. Вода, поступающая в такие котлоагрегаты, предварительно обрабатывается в системе водоподготовки.

Котлоагрегат для энергоблока мощностью 300 МВт представляет собой сооружение высотой более 50 м, в плане занимает площадь порядка 1 тыс. м². На сооружение такого котлоагрегата расходуется около 4,5 тыс. т металла, примерно 1/3 этого количества приходится на трубные системы, работающие под давлением свыше 25 МН/м². КПД котлоагрегата превышает 90%. Турбоагрегат и снабжающий его паром парогенератор с их вспомогательным оборудованием и трубопроводами пара и воды образуют энергоблок ТПЭС. Питательные и конденсатные насосы, регенеративные подогреватели, деаэраторы относятся к вспомогательному оборудованию турбинной установки. Вспомогательное оборудование котлоагрегата, работающей на твёрдом топливе, составляют пылеприготовительное оборудование и золоуловители, дутьевые вентиляторы, подающие воздух в топочную камеру парогенератора, и дымососы, отсасывающие продукты сгорания топлива: дымовые газы удаляются в атмосферу через дымовые трубы высотой 150—360 м. В котлоагрегатах на газомазутном топливе, работающих с избыточным давлением в топочной камере и в газоходах, вместо дутьевых вентиляторов используют воздуходувки с повышенным напором; дымососы при этом не требуются. Общие вспомогательные производственные установки и сооружения ТПЭС — установки и сооружения технического водоснабжения, топливного и зольного хозяйства. Основное назначение технического водоснабжения — обеспечение турбоагрегатов водой, необходимой для охлаждения отработавшего пара (на конденсационных электростанциях расход воды составляет свыше 30 м³/сек в расчёте на турбину мощностью около 1 Гвт). Источником водоснабжения могут быть река, озеро, море. Большей частью применяют оборотное водоснабжение, с сооружением охлаждающих прудов (на конденсационных электростанциях), реже — прямоточное водоснабжение, с однократным пропусканием охлаждающей воды через конденсаторы турбин. Топливное хозяйство ТПЭС, использующей твёрдое топливо — уголь, включает разгрузочные устройства, систему ленточных конвейеров, подающих топливо в бункеры парогенераторов, топливный склад с необходимыми механизмами и транспортными устройствами, дробильное оборудование. Отходы из топочных камер удаляют водой по смывным каналам; затем шлако-водяную смесь центробежными насосами перекачивают в золоотвалы. Летучую золу, уловленную в золоуловителях, удаляют с помощью воды или воздуха. При использовании в качестве топлива мазута в топливное хозяйство входят мазутные баки, насосы, подогреватели, трубопроводы.

Главный корпус ТПЭС, в котором размещены энергоблоки, вспомогательные производственные установки и сооружения, электрические распределительные устройства, лаборатории, мастерские, склады и другие помещения размещают на производственной территории ТПЭС общей площадью в 30—70 га. Территорию для конденсационной электростанции выбирают вне городов, возможно ближе к источнику водоснабжения и топливной базе. ТЭЦ располагают вблизи потребителей тепла.

В СССР на ТПЭС производилось (1975) ~99% электроэнергии, вырабатываемой ТЭС. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь, мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы. Их КПД достигает 40%, мощность до 3 ГВт. ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными (ГРЭС). На ГРЭС вырабатывается около 2/3 электроэнергии, производимой на ТЭС. ТПЭС, оснащенные теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называемым теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около 1/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.

ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900^о С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. КПД таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность - до нескольких сотен МВт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.

В конечном итоге можно сделать следующие выводы:

Факторы "За" ТЭС:

1. Высокая мощность.

2. Возможность использовать продукты деятельности ТЭС для отопления домов и в других целях.

3. Распространенность используемых ресурсов.

Факторы "Против" ТЭС:

1. Самая высокая степень загрязнения окружающей среды.

2. Расход большого количества органического топлива.

3. Низкий КПД около 30%.

Реферат по технологии (физика)

На тему: «Получение и использование электрической энергии»

Выполнил:

Ученик 10 Б класса Кабисов Валерий

Проверила:

Верховцева Татьяна Владимировна

Паровая турбина

Паровая турбина, первичный паровой двигатель с вращательным движением рабочего органа — ротора и непрерывным рабочим процессом; служит для преобразования тепловой энергии водяного пара в механическую работу. Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение. В отличие от поршневой паровой машины, паровая турбина использует не потенциальную, а кинетическую энергию пара.

В конце 19 века, машиностроение и металлургия достигли достаточного уровня для создания первых паровых турбин. Первые конструкции этих установок предложили Г. П. Лаваль и Ч. А. Парсонс. Независимо друг от друга в 1884—89 годах они создали промышленно пригодные паровые турбины. Лаваль применил расширение пара в конических неподвижных соплах паровую струю со сверхзвуковой скоростью истечения направленную на один ряд рабочих лопаток, насаженных на диск паровой турбины. Работающие по этому принципу паровые турбины, получили название активных. Парсонс создал многоступенчатую реактивную паровую турбину, в которой расширение пара осуществлялось в большом числе последовательно расположенных ступеней не только в каналах неподвижных (направляющих) лопаток, но и между подвижными лопатками. Паровые турбины получили очень широкое применение, постепенно вытесняя поршневые паровые турбины.

Однако невозможность получить большую агрегатную мощность и очень высокая частота вращения одноступенчатых паровых турбин Лаваля (до 30 000 об/мин у первых образцов) привели к тому, что они сохранили своё значение только для привода вспомогательных механизмов. Активные паровые турбины развивались в направлении создания многоступенчатых конструкций, в которых расширение пара осуществлялось в ряде последовательно расположенных ступеней. Это позволило значительно увеличить единичную мощность паровых турбин, сохранив умеренную частоту вращения, необходимую для непосредственного соединения вала паровой турбины с вращаемым ею механизмом.

Реактивная паровая турбина Парсонса некоторое время применялась в основном на военных кораблях, но постепенно уступила место более компактным комбинированным активно-реактивным паровым турбинам, у которых реактивная часть высокого давления заменена одновенчатым или двухвенчатым активным диском. В результате уменьшились потери на утечки пара через зазоры в лопаточном аппарате, турбина стала проще и экономичнее.

В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины обычно подразделяют на 3 основные группы: конденсационные, теплофикационные и специального назначения.

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Такие паровые турбины работают с выходом отработанного пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум. Конденсационные паровые турбины могут быть стационарными или транспортными. Стационарные паровые турбины в соединении с генераторами переменного электрического тока — турбогенератор. Он является основным оборудованием электростанций. Чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому мощность паровых турбин растет из года в год и к 1974 достигла 1200 МВт в агрегате [при давлении свежего пара до 35 Мн/м² и температуре до 650 °С]. Принятая в СССР частота электрического тока 50 Гц требует, чтобы частота вращения паровой турбины, соединённой с двухполюсным генератором, равнялась 3000 об/мин. От стационарных паровых турбин требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80%). Транспортные паровые турбины используются в качестве главных и вспомогательных двигателей на кораблях и судах.

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. К ним относятся паровые турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением. У паровых турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей: отопление и др. Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной паровой турбиной, которая покрывают возникающий дефицит в электроэнергии. В паровой турбине с регулируемым отбором часть пара отводится из промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора выбирают в зависимости от нужных параметров пара. Давление пара паровой турбины для отопительных целей обычно составляет 0,12 Мн/м², а для технологических нужд (сахарные, деревообрабатывающие, пищевые предприятия) 0,5—1,5 Мн/м².

Паровые турбины специального назначения обычно работают на побочном тепле от металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся паровые турбины мятого пара, двух давлений и предвключённые. Паровые турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющий давление немного выше атмосферного. Паровые турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней. Предвключённые паровые турбины представляют собой турбины с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих паровых турбин направляют в другие паровые турбины с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых паровых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанных с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции паровые турбины.

Корпус паровой турбины с несколькими ступенями давления разделяют диафрагмами на отдельные камеры, в каждой из которых помещен один из дисков с рабочими лопатками. Пар может проникать из одной камеры в другую только через сопла, расположенные по окружности диафрагм. Давление пара снижается после каждой ступени, а скорости истечения пара остаются примерно одинаковыми, что достигается выбором соответствующих размеров сопел. Число ступеней давления у мощных турбин с высокими начальными параметрами пара достигает 30—40. Поскольку объём пара по мере его расширения увеличивается, сечения сопел и высоты лопаток возрастают от первой ступени к последней. Последние ступени мощных паровых турбин обычно выполняют сдвоенными, а у самых больших паровых турбин — строенными и даже счетверёнными ввиду неприемлемо больших размеров лопаток последних ступеней, которые были бы необходимы для пропуска всего объёма пара через первую ступень.

По направлению движения потока пара различают аксиальные паровые турбины, у которых поток пара движется вдоль оси турбины, и радиальные паровые турбины, направление потока пара в которых перпендикулярно, а рабочие лопатки расположены параллельно оси вращения. По числу корпусов паровые турбины подразделяют на однокорпусные, двухкорпусные, трёхкорпусные и редко четырёхкорпусные. Многокорпусная конструкция позволяет разместить большое число ступеней давления, применить высококачественные металлы в части высокого давления и раздвоение потока пара в части низкого давления; однако такая паровая турбина получается более дорогой, тяжёлой и сложной. По числу валов различают одновальные паровые турбины, у которых валы всех корпусов находятся на одной оси, двухвальные и редко трёхвальные, состоящие из двух или трёх параллельно размещенных одновальных паровых турбин, связанных общностью теплового процесса.

Неподвижная часть паровой турбины — корпус. Его выполняют разъёмным в горизонтальной плоскости для возможности монтажа ротора. В корпусе имеются выточки для установки диафрагм, разъём которых совпадает с плоскостью разъёма корпуса. По периферии диафрагм размещены сопловые каналы, образованные криволинейными лопатками, залитыми в тело диафрагм или приваренными к нему. В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые уплотнения лабиринтового типа для предупреждения утечек пара наружу и засасывания воздуха в корпус. Лабиринтовые уплотнения устанавливают в местах прохода ротора сквозь диафрагмы во избежание перетечек пара из ступени в ступень в обход сопел. На переднем конце вала устанавливают предельный регулятор, автоматически останавливающий паровую турбину при увеличении частоты вращения на 10—12% сверх нормальной. Задний конец ротора снабжают валоповоротным устройством с электрическим приводом для медленного проворачивания ротора после остановки паровой турбины, что необходимо для равномерного остывания.

Использование электроэнергии

Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики.

Научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда (особенно тяжелого или монотонного) машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций).

Энергетическая промышленность является частью топливно-энергетической промышленности и неразрывно связана с другой составляющей этого гигантского хозяйственного комплекса - топливной промышленностью.

Электроэнергетика наряду с другими отраслями народного хозяйства рассматривается как часть единой народно-хозяйственной экономической системы. В настоящее время без электрической энергии наша жизнь немыслима. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Представить без электроэнергии наш быт также невозможно. Столь широкое распространение объясняется ее специфическими свойствами:

возможности превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и другие);

способности относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах;

огромным скоростям протекания электромагнитных процессов;

способности к дроблению энергии и образование ее параметров (изменение напряжения, частоты).

Основным потребителем электроэнергии остается промышленность, хотя ее удельный вес в общем полезном потреблении электроэнергии во всём мире значительно снижается. Электрическая энергия в промышленности применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственно в технологических процессах. В настоящее время коэффициент электрификации силового привода в промышленности составляет 80%. При этом около 1/3 электроэнергии расходуется непосредственно на технологические нужды.

В сельском хозяйстве электроэнергия применяется для обогрева теплиц и помещений для скота, освещения, автоматизации ручного труда на фермах.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортном комплексе. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированный железнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорог за счет увеличения скорости движения поездов, снижать себестоимость перевозок, повышать экономию топлива. Электрифицированный номинал железных дорог в России, составлял по протяженности 38% всех железных дорог страны и около 3% железных дорог мира, обеспечивает 63% грузооборота железных дорог России и 1/4 мирового грузооборота железнодорожного транспорта. В Америке и, особенно в странах Европы, эти показатели несколько выше.

Электроэнергия в быту является основной частью обеспечения комфортабельной жизни людей. Многие бытовые приборы (холодильники, телевизоры, стиральные машины, утюги и другие) были созданы благодаря развитию электротехнической промышленности.

Сегодня по потреблению электроэнергии на душу населения Россия уступает 17 странам мира, среди которых США, Франция, Германия, от многих из этих стран отстает и по уровню электровооруженности труда в промышленности и сельском хозяйстве. Потребление электроэнергии в быту и сфере услуг в России 2-5 раз ниже, чем в других развитых странах. При этом эффективность и результативность использования электроэнергии в России заметно меньше, чем в ряде других стран.

Электроэнергетика - важнейшая часть жизнедеятельности человека. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных сил общества и возможности научно-технического прогресса.

Ветроэлектрические станции (ВЭС)

Ветер один из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может с его помощью зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге можно вырабатывать электроэнергию. Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает этот вид энергоресурса очень ненадёжным. Таким образом, встают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность «собирать» кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Первую проблему можно легко решить, установив несколько ветроэлектрических установок.

Ветроэлектрическая станция − ветроэнергетическая установка, преобразующая кинетическую энергию ветрового потока в электрическую. Ветроэлектрическая станция состоит из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматических устройств управления работой ветродвигателя и генератора, сооружений для их установки и обслуживания. Ветродвигатель — двигатель, использующий кинетическую энергию ветра для выработки механической энергии. В качестве рабочего органа ветродвигателя, воспринимающего энергию ветрового потока и преобразующего её в механическую энергию вращения вала, является ротор, барабан с лопатками, ветроколесо. В зависимости от типа рабочего органа и положения его оси относительно потока различают ветродвигатели карусельные, барабанного типа и крыльчатые. У карусельных ветродвигателей ось вращения рабочего органа вертикальна. Ветер давит на лопасти, расположенные по одну сторону оси, а лопасти по другую сторону оси прикрываются ширмой либо специальным приспособлением поворачиваются ребром к ветру. Так как лопасти движутся по направлению потока, то их окружная скорость не может превышать скорости ветра. Поэтому карусельные ветродвигатели относительно тихоходны, более громоздки и менее эффективны, чем крыльчатые. Коэффициент использования энергии ветра, оценивающий степень энергетического совершенства ветродвигателя и показывающий, какая доля энергии ветрового потока преобразуется в механическую энергию, у них не превышает 0,15. Такие же недостатки присущи ветродвигателю барабанного типа, у которого вал барабана расположен горизонтально и перпендикулярно направлению ветрового потока. Преимущественное распространение получили крыльчатые ветродвигатели, у которых ось ветроколеса горизонтальна и параллельна направлению потока. Они имеют наивысший коэффициент использования энергии ветра до 0,48 и более надёжны в эксплуатации. Так как лопасть с наконечником крепления к ступице называется крылом, то и ветродвигатели такого типа получил название крыльчатого. В зависимости от числа лопастей различают ветроколеса быстроходные: менее 4, средней быстроходности: от 4 до 8 и тихоходные: более 8 лопастей. Поэтому чем меньше лопастей тем выше угловая скорость.

В большинстве случаев ветроэлектрические станции пользуются как источником электроэнергии относительно небольшой мощности в местах, характеризующихся хорошим ветровым режимом и удалённых от сетей централизованного электроснабжения. Наиболее перспективно применение ветроэлектрических станций в сельском хозяйстве. Для получения высоких мощностей от ВЭС необходимо размещать несколько ветроэлектрических установок на большой площади. ВЭС малой мощности имеют генераторы постоянного или переменного тока и работают с батареями электрохимических аккумуляторов, которые не только запасают энергию на периоды безветрия, но и сглаживают пульсации напряжения. ВЭС средней и большой мощности вырабатывают переменный ток. При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. При изолированной работе для улучшения качества энергии и её кратковременного аккумулирования ВЭС снабжают инерционными аккумуляторами и электрическими регуляторами напряжения.

В конечном итоге можно сделать следующие выводы:

Факторы "За" ветроэлектрические станции:

1. Доступность, повсеместное распространение и неисчерпаемость ресурсов.

2. Источник энергии не нужно добывать и транспортировать к месту потребления.

3. Низкая цена ветроэлектрических установок.

Факторы "Против" ветроэлектрических станций:

1. Непостоянство скорости ветра, а следовательно скачки напряжения.

2. Малая мощность.

Введение

Современное общество к концу ХХ века столкнулось с энергетическими проблемами, которые приводили известной степени даже к кризисам. Человечество старается найти новые источники энергии, которые были бы выгодны во всех отношениях: простота добычи, дешевизна транспортировки, экологическая чистота, восполняемость. Уголь и газ отходят на второй план: их применяют только там, где невозможно использовать что-либо другое. Всё большее место в нашей жизни занимает атомная энергия: её можно использовать как в ядерных реакторах космических челноков, так и в легковом автомобиле.

Все традиционные источники энергии обязательно закончатся, особенно при постоянно возрастающих потребностях людей. Поэтому на рубеже XXI века человек стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Есть и другие причины, в связи с которыми человечество обратилось к альтернативным источникам энергии. Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя всех видов энергии (при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на – 35 – 40 лет, газа – на 50 лет). Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО₂), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемый парниковый эффект.

Заключение

Неоспорима роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы прямо или косвенно больше энергии, чем ее могут дать мускулы человека.

Традиционные источники энергии по-прежнему занимают ведущее положение в мировой электроэнергетике. Однако за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить всё до-роже. Кроме того, природные ресурсы ограничены, и, в конце концов, человечество будет вынуждено перейти сначала на повсеместное использование атомной энергии, а потом полностью на энергию ветра, Солнца и Земли.

Альтернативную энергию повсеместно можно будет использовать только тогда, когда традиционного топлива станет настолько мало, что его цена станет баснословно высокой; или когда экологический кризис поставит человечество на грань самоуничтожения. Уже сейчас можно существенно преуменьшить вероятность парникового эффекта и ликвидировать все экологически неблагоприятные районы за счёт использования чистой альтернативной энергии. Однако этого до сих пор не произошло из-за низкой рентабельности такого строительства. Установки производства альтернативной энергии очень дороги, а их мощность намного меньше мощности тепловых или атомных электростанций. Подготовительные работы для использования любого альтернативного источника энергии стоят очень дорого, кроме того, они не всегда безопасны как для людей, так и для окружающей среды. Поэтому моментального введения в эксплуатацию «правильного» источника электричества ожидать в ближайшее время не с

Похожие работы

Трехфазные электрические цепи, электрические машины, измерения электрической энергии, электрического освещения, выпрямления переменного тока

Скачать

60330

12

39

... 4 Содержание отчета Схема включения однофазного счетчика в сеть. Схема включения трехфазного счетчика (п.7). Таблица с результатами измеренных и вычисленных значений. 3. Выводы о результатах поверки счетчика. Контрольные вопросы. 1. Единицы измерения электрической энергии. 2. Основные части счетчика и их назначение. 3. Принцип работы индукционного ...

Средства учета количества электричества и электрической энергии

Скачать

145927

16

16

... измерения энергии должна находится в пределах ±(0,1-2,5)%. 4.4 Зависимость погрешности дозирования от состава технических средств комплексов дозирования Поскольку в электротехнические комплексы дозирования помимо рассмотренных выше устройств цифрового дозирования количества электричества и электрической энергии входят также устройства коммутации и датчики тока и напряжения, то необходимо ...

Электрические ракетные ионные двигатели

Скачать

75819

4

15

... ионные источники Как уже говорилось, в контактных ионных источниках образование ионов происходит в результате поверхностной ионизации. В ионных электрических ракетных двигателях применяются контактные ионные источники с пористым ионизатором. Пористые ионизаторы изготавливаются различными способами, например, тонкие каналы-поры могут быть пробиты лазерным или электрическим лучом. В качестве ...

История развития электрического освещения

Скачать

28683

8

2

... поезд. Администрация Московско-Курской дороги в целях безопасности движения задумала осветить этому поезду железнодорожный путь ночью и обратилась к Яблочкову как инженеру, интересующемуся электрическим освещением. Впервые в истории железнодорожного транспорта на паровозе установили прожектор с лучшей по тому времени дуговой лампой с регулятором Фуко. Дуговую лампу нужно было непрерывно ...