Эффективное использование электроэнергии

Использование электроэнергии в различных областях науки

ХХ век стал веком, когда наука вторгается во все сферы жизни общества: экономику, политику, культуру, образование и т.д. Естественно, что наука непосредственно влияет на развитие энергетики и сферу применения электроэнергии. С одной стороны наука способствует расширению сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление, но с другой стороны в эпоху, когда неограниченное использование невозобновляемых энергетических ресурсов несет опасность для будущих поколений, актуальными задачами науки становятся задачи разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь.

Рассмотрим эти вопросы на конкретных примерах. Около 80% прироста ВВП (внутреннего валового продукта) развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Все новое в промышленность, сельское хозяйство и быт приходит к нам благодаря новым разработкам в различных отраслях науки.

Но наука не только использует электроэнергию в своей теоретической и экспериментальной областях, научные идеи постоянно возникают в традиционной области физики, связанной с получением и передачей электроэнергии. Ученые, например, пытаются создать электрические генераторы без вращающихся частей. В обычных электродвигателях к ротору приходится подводить постоянный ток, чтобы возникла "магнитная сила". К электромагниту, "работающему ротором" (скорость его вращения достигает трех тысяч оборотов в минуту) электрический ток приходится подводить через проводящие угольные щетки и кольца, которые трутся друг о друга и легко изнашиваются. У физиков родилась мысль заменить ротор струей раскаленных газов, плазменной струей, в которой много свободных электронов и ионов. Если пропустить такую струю между полюсами сильного магнита, то по закону электромагнитной индукции в ней возникнет электрический ток - ведь струя движется. Электроды, с помощью которых должен выводится ток из раскаленной струи, могут быть неподвижными, в отличие от угольных щеток обычных электрических установок. Новый тип электрической машины получил название магнитогидродинамического генератора.

В середине ХХ столетия ученые создали оригинальный электрохимический генератор, получивший название топливного элемента. К электродным пластинкам топливного элемента подводится два газа - водород и кислород. На платиновых электродах газы отдают электроны во внешнюю электрическую цепь, становятся ионами и, соединяясь, превращаются в воду. Из газового топлива получается сразу и электроэнергия и вода. Удобный, бесшумный и чистый источник тока для дальних путешествий, например в космос, где особенно нужны оба продукта топливного элемента.

Другой оригинальный способ получения электроэнергии, получивший распространение в последнее время, заключается в преобразовании солнечной энергии в электрическую "напрямую" - с помощью фотоэлектрических установок (солнечных батарей). С ними связано появление "солнечных домов", "солнечных теплиц", "солнечных ферм". Такие солнечные батареи используются и в космосе для обеспечения электроэнергией космических кораблей и станций.

Электроэнергия в производстве

Современное общество невозможно представить без электрификации производственной деятельности. Уже в конце 80-х годов более 1/3 всего потребления энергии в мире осуществлялось в виде электрической энергии. К началу следующего века эта доля может увеличиться до 1/2. Такой рост потребления электроэнергии прежде всего связан с ростом ее потребления в промышленности. Основная часть промышленных предприятий работает на электрической энергии. Высокое потребление электроэнергии характерно для таких энергоемких отраслей, как металлургия, алюминиевая и машиностроительная промышленность.

При этом встает проблема эффективного использования этой энергии. При передаче электроэнергии на большие расстояния, от производителя до потребителя, потери на тепло вдоль линии передачи растут пропорционально квадрату тока, т.е. если ток удваивается, то тепловые потери увеличиваются в 4 раза. Поэтому, желательно, чтобы ток в линиях был мал. Для этого повышают напряжение на линии передач. Электроэнергия передается по линиям, где напряжение достигает сотен тысяч вольт. Возле городов, получающих энергию от линий передач, это напряжение с помощью понижающего трансформатора доводят до нескольких тысяч вольт. В самом же городе на подстанциях напряжение понижается до 220 вольт.

Наша страна занимает большую территорию, почти 12 часовых поясов. А это значит, что если в одних регионах потребление электроэнергии максимально, то в других уже окончен рабочий день и потребление снижается. Для рационального использования электроэнергии вырабатываемой электростанциями, они объединены в электроэнергетические системы отдельных районов: европейской части, Сибири, Урала, Дальнего Востока и др. Такое объединение позволяет эффективней использовать электроэнергию согласовывая работу отдельных электростанций. Сейчас различные энергосистемы объединены в единую энергетическую систему России.

Следующая возможность эффективного использования - снижение энергозатрат электроэнергии с помощью энергосберегающих технологий и современного оборудования, потребляющего минимальное ее количество. Таким примером может служить сталеплавильное производство.

Задание 3. Выполните тест

Вариант 1

1. Что является источником энергии на ТЭС?

1. Нефть, уголь, газ

2. Энергия ветра

3. Энергия воды

2. В какой области народного хозяйства расходуется наибольшее количество производимой электроэнергии?

1. В промышленности

2. В транспорте

3. В сельском хозяйстве

3. Как изменится выделяемое проводами количество теплоты, если увеличить площадь поперечного сечения провода S?

1. Не изменится

2. Уменьшится

3. Увеличится

4. Какой трансформатор нужно поставить на линии при выходе из электростанции?

1. Понижающий

2. Повышающий

3. Трансформатор не нужен

5. Энергосистема — это

1. Электрическая система электростанции

2. Электрическая система отдельного города

3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

Вариант 2

1. Что является источником энергии на ГЭС?

1. Нефть, уголь, газ

2. Энергия ветра

3. Энергия воды

1. Трансформатор предназначен

1. Для увеличения срока службы проводов

2. Для преобразования энергии

3. Для уменьшения выделяемого проводами количество теплоты

1. Энергосистема — это

1. Электрическая система электростанции

2. Электрическая система отдельного города

3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

1. Как изменится выделяемое проводами количество теплоты, если уменьшить длину провода?

1. Не изменится

2. Уменьшится

3. Увеличится

1. Какой трансформатор нужно поставить на линии при входе город?

1. Понижающий

2. Повышающий

3. Трансформатор не нужен

Задание 4. Ответьте на контрольные вопросы

Экологические проблемы связанные с работой ТЭС, ГЭС, транспорта

 

Контрольные вопросы

1. Каковы локальные и глобальные воздействия на окружающую среду, связанные с производством электроэнергии.

2. Перечислите основные направления охраны окружающей среды от вредного воздействия ТЭС и раскройте и сущность.

3. Чем активные способы защиты окружающей среды отличаются от пассивных?
4. Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является автотранспорт. Почему? Какие способы уменьшения загрязнения вы предлагаете?

5.Какие альтернативные вилы топлива на транспорте предлагаются? Почему?

6.Каковы специфические экологические проблемы ядерной энергетики?

7. Что является основной причиной глобальных процессов изменение климата на земле?

8. Парниковый эффект. Что это такое?

9. Каковы технологические процессы, приводящие к эмиссии парниковых газов в энергетике?

10. Какова связь между парниковым эффектом и энергосбережением?

11.Перечислите экологические эффекты энергосбережения.

 

Задание 5. Выполните лабораторную работу