Электр энергиясын өндірү және пайдалану

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 4 бет
Таңдаулыға:

Электр энергиясын өндірү және пайдалану.

Біздің заманымызда қоғамның өндірістік қүштері дамуының ең басты көрсеткіші - өндіріс және энергия тұтыну дәрежесі. Сонда жетекші рөл атқаратын электр энергиясы - энергияның әмбебап және пайдалануға ыңғайлы түрі. Егер энергия тұтыну дүние жүзінде 25 жылда (шамамен) екі есе артады десек, электр энергиясын тұтыну орта есеппен 10 жылда екі есе артады. Бұл - энергия ресурстарын жұмсаумен байланысты процестер саны үсті-үстіне электр энергиясына көшеді деген сөз.

Электр энергиясын өндіру. Электр энергиясын үлкенді-кішілі электр станцияларында негізінде электр механикалық индукциялық генераторлар арқылы өндіріледі. Электр станциясының негізгі екі түрі бар:жылу және гидроэлектр станциялары. Бұл электр станциялардың бір-бірінен айырмашылығы генератордың роторын айналдыратын қозғалтқыштарының әр түрлілігінде.

Жылу электр станцияларында энергия көзі ретінде мынадай отындар пайдалынылады: көмір, газ, мұнай, мазут, жанғыш сланец. Электр генераторларының роторын бу және газ турбиналары не іштен жану қозғалтықышы айналдырады. Ең үнемділері жылулық бу турбиналы ірі электр станциялары (қысқаша ЖЭС) . Біздің еліміздегі жылулық ЖЭС-тің дені отын есебінде көмір тозаңын жұмсайды. Содан 1 кВт /сағ электр энергиясын өндірі үшін бірнеше жүз грамм көмір шығындалады. Бу қазанында отынның шығаратын энергиясының 90%-тен көбі буға беріледі. Турбинада бу ағынының кинетикалық энергиясы роторға беріледі. Турбина білігі генератор білігімен мықтап жалғастырылған. Бу турбогенераторлары өте шапшаң айналады: айналым саны минутына бірнеше мыңға барады.

Жұмыстық дененің бастапқы температурасының артуымен жылу ПЭК-і өсетіні Х сыныптан сыныптын физика курсынан мәлім. Сондықтан турбинаға берілетін буды жоғары параметрлерге: температураны -550o С-қа, қысымды 25 МПа-ға жеткізеді. ЖЭС-тің пайдалы әсер коэффиценті 40%-ке жетеді. Мұнда энергияның көбісі пайдалынылған ыстық бумен шығып кетеді.

Жылу электр орталығы (ЖЭО) деп аталатын арнаулы жылу электр станциялары пайдалынылған бу энергиясының недәуір бөлігінен өнеркәсіп орындарында және тұрмыс қажетіне (үйді жылытуға керекті, суды ысыту және ыстық сумен қамтамасыз ету)

Қоғам дамыған сайын энергия тұтыну қажеттігі қарқындап өсе түседі. Әсіресе электр энергиясының орны ерекше, себебі энергияның басқа түрлерімен салыстырғандағы, оның бірнеше артықшылықтары электр энергиясын өте аз шығынмен энергияның кез келген басқа түріне оңай айналдыруға және оны алыс қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді.
Электр энергиясы айнымалы токтың индукдиялық генераторларынан әр түрлі электр станцияларында өндіріледі. Электр станциялары көмір мен мұнай қорларының жанында (жылу электр станциялары) немесе өзен-сулардың бойында (су электр станциялары) тұрғызылады.

Жылу электр стандияларында отынның (мысалы, көмірдің) жылу энергиясы электр энергиясына түрленеді. Жоғары қысымда қызған бу ағыны бу турбинасының роторын айналдырады, сонда онымен бір оське орнатылған генератордың роторы да айналады. Су электр станцияларында судың механикалық энергиясы электр энергиясына түрленеді. Өзенді бөгеп, платинамен суды биікке көтереді. Биіктен гидравликалық турбинаның қалақшаларына құлаған су ағыны оны генератордың роторымен қоса айналдырады.

Қазіргі кезде дүние жүзінде өндірілетін электр энергиясының біраз бөлігі атом электр станцияларында өндіріледі. Мұнда ауыр ядролардың тізбекті реакциясы кезінде бөлінген атомның ішкі энергиясы электр энергиясына түрленеді. Тізбекті реакция ядролық реактор деп аталатын қондырғыларда жүреді. Бұл туралы біз ядролық физика тарауында кеңірек айтамыз. Электр станцияларының отын немесе су қорларының жанында орналасуынан, электр энергиясын тұтынушыға дейін жеткізу мәселесі туады. Алыс қашықтыққа электр тасымалдау желісінде шығын көбейеді. Джоуль-Ленц заңы бойынша Q = I2Rt, ал - екенін ескерсек, электр желісінің ұзындығы l артқан сайын, шығын да көбейеді. Оны қалай азайтуға болады?

Кедергіні азайту үшін сымдардың көлденең қимасының ауданын арттыру (жуан сымдарды пайдалану) немесе меншікті кедергісі аз материалдарды (мысалы, күмісті) қолдану керек. Бұл екі жолдың да іс жүзінде тиімділігі жоқ екені өз-өзінен түсінікті. Джоуль-Ленц заңының өрнегіне қарасақ, шығынды азайтудың тағы бір жолы - ток күшін азайту екенін көреміз. Бірақ берілетін қуат өзгермей қалуы тиіс. Қуат ток күші мен кернеудің көбейтіндісіне тең болғандықтан, ток күшін неше есе азайтсақ, кернеуді сонша есе арттыру керек. Олай болса, электр энергиясын жеткізу мәселесі токты трансформациялаумен байланысты.

Генератордың өндіретін кернеуі U0, ал жүктеменің тұтынатын кернеуі U болсын. Онда U0 = U + IZ, мұндағы Z - желінің толық кедергісі. Әдетте, желінің активті кедергісі оның реактивті кедергісінен әлдеқайда артық болып келеді. Сондықтан желідегі кернеудің түсуі оның активті кедергісімен анықталады: U0 − U = IR. Олай болса, желідегі энергия шығыны былай есептеледі:

Q = I2Rt = (U0 − U) It.

Генератордың берілген қуаты үшін желідегі энергия шығыны оған түсірілген кернеуге кері пропорционал.

Генератордың қуаты P тұрақты болғанда, желіге берілген кернеудің U1 және U2 мәндері үшін энергия шығынын есептейік: