Виробництво електроенергії в світі в наші дні грає величезну роль. Вона - стрижень державної економіки будь-якої країни. Гігантські суми грошей щорічно вкладаються в виробництво і використання електроенергії та наукові дослідження, пов`язані з цим. У повсякденному житті ми постійно стикаємося з її дією, тому сучасна людина повинен мати уявлення про основні процеси її вироблення і споживання.
Як отримують електроенергію
Виробництво електроенергії здійснюється з інших її видів за допомогою спеціальних пристроїв. Наприклад, з кінетичної. Для цього застосовують генератор - прилад, що перетворює механічну роботу в електричну енергію.
Інші існуючі способи її отримання - це, наприклад, перетворення випромінювання світлового діапазону фотоелементами або сонячною батареєю. Або виробництво електроенергії шляхом хімічної реакції. Або використання потенціалу радіоактивного розпаду або теплоносія.
Виробляють її на електростанціях, які бувають гідравлічними, атомними, тепловими, сонячними, вітряними, геотермальними та ін. В основному всі вони працюють за однією схемою - завдяки енергії первинного носія певним пристроєм виробляється механічна (енергія обертання), що передається потім в спеціальний генератор, де і виробляється електрострум.
Основні види електростанцій
Виробництво і розподіл електроенергії в більшості країн ведуться шляхом будівництва і експлуатації ТЕС - теплових електростанцій. Їх функціонування вимагає великого запасу органічного палива, умови видобутку якого з року в рік ускладнюються, а вартість зростає. Коефіцієнт корисної віддачі палива в ТЕС не надто високий (в межах 40%), а число екологічно брудних відходів велике.
Всі ці фактори знижують перспективність такого способу вироблення.
Найбільш економічно виробництво електроенергії гідроенергетичні установками (ГЕС). ККД їх доходить до 93%, собівартість 1 кВт / год уп`ятеро дешевше інших способів. Природне джерело енергії таких станцій практично невичерпний, кількість працівників - мінімально, ними легко керувати. За розвитком даної галузі наша країна - визнаний лідер.
На жаль, темпи розвитку обмежені серйозними витратами і тривалими термінами будівництва ГЕС, пов`язаними з їх віддаленістю від великих міст і магістралей, сезонним режимом річок і важкими умовами роботи.
Крім того, гігантські водосховища погіршують екологічну ситуацію - затоплюють цінні землі навколо водойм.
Використання атомної енергії
В наші дні виробництво, передача і використання електроенергії виробляються атомними електростанціями - АЕС. Вони влаштовані практично за тим же принципом, що і теплові.
Головний їх плюс - мала кількість потрібного палива. Кілограм збагаченого урану зі своєї продуктивності еквівалентний 2,5 тис. Тонн вугілля. Саме тому АЕС теоретично можна будувати в будь-якому районі незалежно від наявності прилеглих паливних ресурсів.
В даний час запаси урану на планеті значно більше, ніж мінерального пального, а вплив АЕС на навколишнє природу мінімально за умови безаварійної роботи.
Величезний і серйозний недолік АЕС - ймовірність страшної аварії з непередбачуваними наслідками, чому для їх безперебійної роботи потрібні дуже серйозні заходи по забезпеченню безпеки. До того ж виробництво електроенергії на АЕС регулюється насилу - як для їх запуску, так і для повної зупинки знадобиться кілька тижнів. І практично відсутні технології утилізації небезпечних відходів.
Що таке електричний генератор
Виробництво і передача електроенергії здійсненні завдяки електрогенератори. Це пристрій перетворення будь-яких видів енергії (теплової, механічної, хімічної) в електричну. Принцип його дії побудований на процесі електромагнітної індукції. ЕРС індукується в провіднику, який рухається в магнітному полі, перетинає його силові магнітні лінії. Таким чином, провідник може служити джерелом електроенергії.
Основа будь-якого генератора - система електромагнітів, які формують магнітне поле, і провідників, які його перетинають. більшість всіх генераторів змінного струму засновані на застосуванні магнітного поля. Його нерухому частину називають статором, рухливу - ротором.
поняття трансформатора
Трансформатор - електромагнітне статичну пристрій, призначений для перетворення однієї системи струму в іншу (вторинну) за допомогою електромагнітної індукції.
Перші трансформатори в 1876 р були запропоновані П. Н. Яблочкова. У 1885 р угорськими вченими розроблені промислові однофазні прилади. У 1889-1891 рр. винайдений трифазний трансформатор.
Найпростіший однофазний трансформатор складається з сталевого сердечника і пари обмоток. Застосовуються вони для розподілу і передачі електроенергії, адже генератори електростанцій виробляють її при напрузі від 6 до 24 кВт. Передавати її вигідно при великих значеннях (від 110 до 750 кВт). Для цього на електростанціях встановлюють підвищувальні трансформатори.
Як використовується електроенергія
Її левова частка йде на постачання електрикою підприємств промисловості. Виробництво споживає до 70% всієї електроенергії, що виробляється в країні електроенергії. Ця цифра значно різниться для окремих регіонів в залежності від кліматичних умов і рівня індустріального розвитку.
Інша стаття витрат - постачання електротранспорту. Від електромереж ЕЕС працюють підстанції міського, міжміського, промислового електротранспорту, що використовує постійний струм. Для транспорту на змінному струмі застосовуються знижуючі підстанції, які теж споживають енергію електростанцій.
Інший сектор споживання електроенергії - комунально-побутове постачання. Споживачами тут є будівлі житлових районів будь-яких населених пунктів. Це будинки і квартири, адміністративні будівлі, магазини, заклади освіти, науки, культури, охорони здоров`я, громадського харчування і т. Д.
Як відбувається передача електроенергії
Виробництво, передача та використання електроенергії - три кити галузі. Причому передати отриману потужність споживачам - найскладніше завдання.
"Подорожує" вона головним чином за допомогою ЛЕП - повітряних ліній електропередачі. Хоча все частіше починають застосовувати кабельні лінії.
Виробляється електроенергія потужними агрегатами гігантських електростанцій, а споживачами її стали відносно невеликі приймачі, розкидані по великій території.
Існує тенденція концентрувати потужності, пов`язана з тим, що з їх збільшенням зменшуються відносні витрати зведення електростанцій, а отже, і собівартість одержуваного кіловат-години.
єдиний енергокомплекс
На прийняття рішення про розміщення великої електростанції впливає ряд факторів. Це вид і кількість наявних ресурсів, доступність транспортування, кліматичні умови, включеність в єдину енергосистему і т. Д. Найчастіше електростанції будуються далеко від великих вогнищ споживання енергії. Ефективність її передачі на великі відстані впливає на успішну роботу єдиного енергетичного комплексу величезній території.
Виробництво і передача електроенергії повинні відбуватися з мінімальною кількістю втрат, головна причина яких - нагрівання проводів, т. Е. Збільшення внутрішньої енергії провідника. Для збереження переданої на великі відстані потужності потрібно пропорційно збільшити напругу і зменшити в проводах силу струму.
Що таке ЛЕП
Математичні розрахунки показують, що величина втрат в проводах на нагрів обернено пропорційна квадрату напруги. Саме тому електроенергію на великі відстані передають за допомогою ЛЕП - високовольтних ліній електропередач. Між їх проводами напругу обчислюється десятками, а часом сотнями тисяч вольт.
Електростанції, розташовані неподалік один від одного, об`єднуються в єдину енергосистему саме за допомогою ЛЕП. Виробництво електроенергії в Росії і її передача ведуться шляхом централізованого енергетичної мережі, в яку входить величезна кількість електростанцій. Єдине управління системою гарантує постійну подачу споживачам електроенергії.
Трохи історії
Як формувалася єдина електрична мережа в нашій країні? Спробуємо заглянути в минуле.
До 1917 року виробництво електроенергії в Росії велося недостатніми темпами. Країна відставала від розвинених сусідів, що негативно позначалося на економіці і обороноздатності.
Після Жовтневої революції проект електрифікації Росії розроблявся Державною комісією з електрифікації Росії (скорочено ГОЕЛРО), очолюваної Г. М. Кржижановський. З нею співпрацювали понад 200 вчених і інженерів. Контроль здійснювався особисто В. І. Леніним.
У 1920 р був готовий «План електрифікації РРФСР», розрахований на 10-15 років. Він включав відновлення колишньої енергосистеми і будівництво 30 нових електростанцій, обладнаних сучасними турбінами і котлами. Головна ідея плану - задіяти гігантські вітчизняні гідроенергоресурси. Передбачалися електрифікація і корінна реконструкція всього народного господарства. Наголос робився на ріст і розвиток важкої промисловості країни.
Знаменитий план ГОЕРЛО
Починаючи з 1947 року СРСР став першим в Європі і другим у світі виробником електроенергії. Саме завдяки плану ГОЕЛРО була сформована в найкоротші терміни вся вітчизняна економіка. Виробництво і споживання електроенергії в країні вийшло на якісно новий рівень.
Виконання наміченого стало можливим завдяки поєднанню одразу кількох важливих факторів: високого рівня наукових кадрів країни, що зберігся з дореволюційних часів матеріального потенціалу Росії, централізації політичної і економічної влади, властивості російського народу вірити "верхам" і втілювати проголошувані ідеї.
План довів ефективність радянської системи централізованої влади і державного управління.
результати плану
У 1935 році прийнята програма була виконана і перевиконана. Побудовано 40 електростанцій замість запланованих 30, введено потужностей майже втричі більше, ніж передбачалося за планом. Зведено 13 електроцентралей потужністю по 100 тис. КВт кожна. Загальна потужність російських ГЕС склала близько 700 000 кВт.
У ці роки були зведені найбільші об`єкти стратегічного значення, такі як всесвітньо відома Дніпровська ГЕС. За сумарними показниками Єдина радянська енергосистема перевершила аналогічні системи найрозвиненіших країн Нового і Старого Світу. Виробництво електроенергії по країнах Європи в ті роки значно відставало від показників СРСР.
розвиток села
Якщо до революції в селах Росії електрики практично не існувало (невеликі електростанції, що встановлюються великими землевласниками не береться до уваги), то з реалізацією плану ГОЕЛРО завдяки використанню електроенергії сільське господарство отримало новий поштовх до розвитку. На млинах, лісопилках, зерноочисних машинах з`явилися електродвигуни, що сприяло модернізації галузі.
Крім того, електрику міцно увійшло в побут городян і селян, в буквальному сенсі вирвавши "темну Росію" з мороку.
