Получение и передача электроэнергии. Проблема электроснабжения

Реферат

ПО ФИЗИКЕ НА ТЕМУ:»ПОЛУЧЕНИЕ И ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.ПРОБЛЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.»                                     Работу выполнила: Учащаяся ГОУНПО ПУ115                                                                                  Гр.П-11 Скляр А.А.                               Проверила: Жирнакова Т.В.

 

 

 

Электроэнергия — физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы). Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электрический ток.

Рождение энергетики произошло  несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь.  Огонь давал им тепло  и свет, был источником вдохновения  и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством  и т.д.Прекрасный миф о Прометее, даровавшем людям огонь, появился в Древней Греции значительно позже того, как во многих частях света были освоены методы довольно изощренного обращения с огнем, его получением и тушением, сохранением огня и рациональным использованием топлива.На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф.На сегодняшний день энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать.

                              СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность изобретения: для получения в обмотке, пронизываемой изменяющимся магнитным потоком, электрического тока, создают в прокачиваемом горючим газом объеме волну горения путем его поджига разрядом. При этом создаваемый магнитный импульс создает в обмотке с ферромагнитным элементом импульс электрического тока.

Изобретение относится к  электротехнике, может быть использовано для промышленного получения  электроэнергии.

Известны следующие  способы получения электроэнергии: химический, тепловой, с применением светочувствительных элементов и так далее, а также промышленные способы получения электроэнергии с применением генераторов переменного и постоянного тока работающих на основе закона Ампера.

Наиболее близким к  предлагаемому способу является способ получения электроэнергии от генератора постоянного или переменного тока, работающих на основе закона Ампера.

Недостатком выбранного в  качестве прототипа способа является использование в качестве источника энергии механической силы, получение этой силы сопровождается большими потерями, поэтому коэффициент полезного действия этого способа невысок. Кроме того, использование преобразователей химической энергии (или другой энергии) в механическую, а затем в электрическую значительно усложняет систему и снижает эффективность ее работы.

Целью изобретения является прямое преобразование химической энергии, запасенной в веществе, в электрическую.

Цель достигается тем, что для получения электроэнергии используется энергия движения и рекомбинации свободных радикалов молекул газа в постоянном внешнем магнитном поле, образующейся при подаче активизирующегося импульса 1. Для образования активных свободных радикалов используются высокоактивные горючие газы; в результате быстрого распространения волны горения образуются устойчивые соединения, это (распространение волны горения) способствует, при движении объема свободных радикалов, изменению внешнего магнитного поля.

Сопоставимый анализ с  прототипом показывает, что предлагаемый способ получения электроэнергии отличается отсутствием промежуточных ступеней для ее получения.Таким образом, предлагаемый способ получения электроэнергии соответствует критерию "новизна".На чертеже показана схема установки для реализации способа получения электроэнергии.

          СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ

На круглый стержень из ферромагнитного материала 1 намотан токопроводящий провод 2, причем на обмотку надеты полые немагнитные торроидальные кольца 3. Полые торроидальные кольца 3 имеют два патрубка впускной 4 и выпускной 5 соответственно с управляемыми задвижками 6 и 7. Между впускным и выпускным патрубками внутри торроидального кольца 3 имеется плотная перегородка 8, в которую встроена запальная свеча 9, связанная с блоком управления 10. Ферромагнитный стержень 1 усиливает создаваемые в объеме колец 3 электромагнитные импульсы, а также может создавать вокруг себя постоянное магнитное поле.Для получения электроэнергии открывают управляемый клапан 6 и через впускной патрубок 4 подают горючую газовую смесь в полое торроидальное кольцо 3, после заполнения кольца на запальную свечу 9 подают короткий активизирующий импульс, при этом вокруг образовавшегося разряда возникает интенсивное образование свободных радикалов по мере движения волны горения по объему тора. Свободные радикалы, распространяясь от свечи 9 до другой стороны перегородки 8, изменяют постоянный магнитный поток стержня 1. Образовавшийся в стержне переменный магнитный поток создает в обмотке 2 импульс электродвижущей силы самоиндукции.

Использование предлагаемого  способа получения электроэнергии обеспечивает по сравнению с существующими  способами следующие преимущества:

позволяет упростить конструкцию  машин производящих электроэнергию;

по сравнению с существующими  способами экономичен, обладает более высоким коэффициентом полезного действия;

позволяет использовать экологически чистые виды топлива для производства электроэнергии.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения электроэнергии путем получения в обмотке, пронизываемой  изменяющимся магнитным потоком, электрического тока, отличающийся тем, что указанный  поток создают в прокачиваемом  порциями горючего газа объеме, окружающем обмотку с центральным ферромагнитным элементом, в котором периодически при помощи импульсного разряда возбуждают волны горения газа.

 

                                              Передача электроэнергии

 

Передача электроэнергии от электростанции к потребителям —  одна из важнейших задач энергетики. Электроэнергия передаётся преимущественно  по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП) переменного тока, хотя наблюдается  тенденция ко всё более широкому применению кабельных линий и линий постоянного тока. Необходимость П. э. на расстояние обусловлена тем, что электроэнергия вырабатывается крупными электростанциями с мощными агрегатами, а потребляется сравнительно маломощными электроприёмниками, распределёнными на значительной территории. Тенденция к концентрации мощностей объясняется тем, что с их ростом снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии. Размещение мощных электростанций производится с учётом целого ряда факторов, таких, например, как наличие энергоресурсов, их вид, запасы и возможности транспортировки, природные условия, возможность работы в составе единой энергосистемы и т.п. Часто такие электростанции оказываются существенно удалёнными от основных центров потребления электроэнергии. От эффективности П. э. на расстояние зависит работа единых электроэнергетических систем, охватывающих обширные территории.

Одной из основных характеристик  электропередачи является её пропускная способность, то есть та наибольшая мощность, которую можно передать по ЛЭП  с учётом ограничивающих факторов: предельной мощности по условиям устойчивости, потерь на корону, нагрева проводников  и т.д. Мощность, передаваемая по ЛЭП  переменного тока, связана с её протяжённостью и напряжениями зависимостью

 

,

где U1 и U2 — напряжения в  начале и в конце ЛЭП, Zc — волновое сопротивление ЛЭП, a — коэффициент изменения фазы, характеризующий поворот вектора напряжения вдоль линии на единицу её длины (обусловленный волновым характером распространения электромагнитного поля), l — протяжённость ЛЭП, d — угол между векторами напряжения в начале и в конце линии, характеризующий режим электропередачи и её устойчивость. Предельная передаваемая мощность достигается при d = 90°, когда sind = 1. Для воздушных ЛЭП переменного тока можно приближённо считать, что максимальная передаваемая мощность примерно пропорциональна квадрату напряжения, а стоимость сооружения ЛЭП пропорциональна напряжению. Поэтому в развитии электропередач наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к главному средству повышения пропускной способности ЛЭП. Предельные значения напряжении ЛЭП, связанные с возможными перенапряжениями, ограничиваются изоляцией ЛЭП и электрической прочностью воздуха (см. Высоких напряжений техника). Повышение пропускной способности ЛЭП переменного тока возможно и путём усовершенствования конструкции линии, а также посредством включения различных компенсирующих устройств. Так, например, на ЛЭП напряжением 330 кв и выше используется "расщепление" проводов в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников; при этом индуктивное сопротивление линии уменьшается, а ёмкостная проводимость увеличивается, что ведёт к снижению Zc и уменьшению а. Одним из способов повышения пропускной способности ЛЭП является сооружение "разомкнутых" линий, у которых на опорах подвешиваются провода двух цепей таким образом, что провода разных фаз оказываются сближенными между собой.

В электропередачах постоянного  тока отсутствуют многие факторы, свойственные электропередачам переменного тока и ограничивающие их пропускную способность. Предельная мощность, передаваемая по ЛЭП постоянного тока, имеет большие  значения, чем у аналогичных ЛЭП переменного тока:

 

,

где Ев — напряжение на выходе выпрямителя, Rå — суммарное активное сопротивление электропередачи, в которое, кроме сопротивления проводов ЛЭП, входят сопротивления выпрямителя и инвертора. Ограниченность применения электропередач постоянного тока связана главным образом с техническими трудностями создания эффективных недорогих устройств для преобразования переменного тока в постоянный (в начале линии) и постоянного тока в переменный (в конце линии). Электропередачи постоянного тока перспективны для объединения крупных удалённых друг от друга энергосистем. В этом случае отпадает необходимость в обеспечении устойчивости работы этих систем.

Качество электроэнергии определяется надёжной и устойчивой работой электропередачи, что обеспечивается, в частности, применением компенсирующих устройств и систем автоматического  регулирования и управления (см. Автоматическое регулирование возбуждения, Автоматическое регулирование напряжения, Автоматическое регулирование частоты).

Первая в мире электропередача, рассчитанная на длительную эксплуатацию, была построена в Петербурге в 1876 П. Н. Яблочковым для электрического освещения улиц. Д. А. Лачинов и  М. Депре в 1880 теоретически обосновали возможность повышения напряжения для увеличения мощности и дальности передачи. Однако широкое использование электрической энергии в промышленности, теснейшим образом связанное с П. э. на расстояние, началось лишь после изобретения М. О. Доливо-Добровольским экономичного и относительно простого способа передачи электрической энергии трёхфазным переменным током. Со времени создания первых электропередач трёхфазного тока их напряжение возрастало в 1,5—2 раза примерно каждые 10—15 лет. Повышение напряжения давало возможность увеличивать расстояния и передаваемые мощности. В 20-х гг. 20 в. электроэнергия передавалась максимально на расстояния порядка 100 км, к 30-м гг. протяжённость ЛЭП увеличилась до 400 км, а к 70-м гг. длина ЛЭП достигла 1000—1200 км. Наряду с развитием электропередач переменного тока совершенствовалась техника П. э. постоянным током. В 1950 в СССР впервые в мире была введена в действие опытная кабельная линия постоянного тока Каширская ГРЭС — Москва напряжением 200 кв с пропускной способностью 30 Мвт. Накопленный опыт позволил в 1962—65 ввести в эксплуатацию межсистемную электропередачу постоянного тока (с воздушной ЛЭП напряжением 800 кв) Волгоград — Донбасс пропускной способностью 750 Мвт. К 1974 в разных странах работало уже более 20 электропередач постоянного тока. В СССР в 1975—85 намечается строительство ЛЭП постоянного тока напряжением ±750 кв протяжённостью 2500—3000 км и в дальнейшем — электропередачи ± 1200 кв.

 

С 60-х гг. большое внимание уделяется разработке качественно  новых электропередач. Таковы, например, "закрытые" электропередачи, выполняемые  в виде замкнутых конструкций, заполненных  электроизолирующим газом (например, SF6), внутри которых располагаются провода  высокого напряжения. Перспективны также криогенные (в дальнейшем, возможно, сверхпроводящие) ЛЭП. "Закрытые" и криогенные электропередачи особенно удобны для энергоснабжения потребителей в густонаселённых районах, например на территориях крупных городов. Кроме того, изучается возможность передачи энергии электромагнитными волнами высокой частоты по волноводам.

В энергоснабжении потребителей альтернативой П. э. на расстояние является перевозка топлива. Сравнительный  анализ показывает, что не всегда П. э. — наилучший способ энергоснабжения: например, при высокой калорийности угля (более 17—19 Мдж/кг) более целесообразно перевозить его по железной дороге (при условии, что железная дорога уже построена); в ряде случаев оказывается предпочтительнее сооружать трубопроводы для подачи природного газа или нефти. Анализ энергосистем ряда стран позволяет выделить две основные тенденции их развития: приближение электростанций к центрам потребления в тех случаях, когда на территории, охватываемой объединённой энергосистемой, нет дешёвых источников энергии или когда ресурсы этих источников уже исчерпаны; сооружение электростанций вблизи дешёвых источников энергии и П. э. на расстояние, к центрам её потребления. Системы электро-, нефте- и газоснабжения должны сооружаться и эксплуатироваться в определённой координации между собой и образовывать единую энергетическую систему страны.

 

                       Проблемы энергоснабжения

Качество электроснабжения потребителей зависит от многих причин. Начиная от работы сварочных аппаратов  и заканчивая ударом молнии. Электроснабжение потребителей должно быть качественным и надежным. Так предписывают ПУЭ  и ГОСТ. К сожалению, производители  электроэнергии, несмотря на самое  современное оснащение, не могут  гарантировать потребителям абсолютное качество и стопроцентную надежность электроснабжения.

От производителя до потребителя  электроэнергия проходит порой многие сотни километров, и чем это  расстояние больше, тем вероятней  возникновение различных проблем, касающихся качества и надежности электроснабжения.Для конечного потребителя проблемы электроснабжения выражаются в нестабильной работе бытового и офисного оборудования, вплоть до его полного отключения. Причиной возникновения таких неполадок, могут стать недостаточная мощность, отклонения частоты, нестабильность или искажение синусоидальной формы напряжения.