העברת ייצור וצריכת חשמל. תקציר השיעור "ייצור ושימוש באנרגיה חשמלית"

בית > תקציר

תַקצִיר

בפיזיקה

בנושא "ייצור, הולכה ושימוש בחשמל"

תלמידי כיתה יא' א'

בית ספר MOU מספר 85

קתרין.

מוֹרֶה:

2003

תוכנית מופשטת.

מבוא. 1. ייצור חשמל.

סוגי תחנות כוח. מקורות אנרגיה חלופיים.

2. העברת חשמל.

רוֹבּוֹטרִיקִים.

3. השימוש בחשמל.

מבוא.

לידת האנרגיה התרחשה לפני כמה מיליוני שנים, כאשר אנשים למדו להשתמש באש. האש נתנה להם חום ואור, היוותה מקור השראה ואופטימיות, נשק נגד אויבים וחיות בר, תרופה, עוזרת בחקלאות, חומר משמר מזון, כלי טכנולוגי וכו'. המיתוס הנפלא של פרומתאוס, שנתן אש לאנשים, הופיע ביוון העתיקה הרבה יותר מאוחר מאשר בחלקים רבים של העולם, שיטות הטיפול המתוחכמות למדי בשריפה, הייצור והכיבוי שלה, שימור האש ושימוש רציונלי בדלק היו שולטים. במשך שנים רבות נשמרה האש על ידי שריפת מקורות אנרגיה צמחיים (עץ, שיחים, קנים, דשא, אצות יבשות ועוד), ואז התגלה כי ניתן להשתמש בחומרים מאובנים לשמירה על האש: פחם, שמן. , פצלים, כבול. כיום, האנרגיה נותרה המרכיב העיקרי בחיי האדם. היא מאפשרת ליצור חומרים שונים, ומהווה את אחד הגורמים המרכזיים בפיתוח טכנולוגיות חדשות. במילים פשוטות, מבלי לשלוט בסוגים שונים של אנרגיה, אדם אינו מסוגל להתקיים במלואו.

ייצור חשמל.

סוגי תחנות כוח.

תחנת הכוח התרמו (TPP), תחנת כוח המייצרת אנרגיה חשמלית כתוצאה מהמרת אנרגיה תרמית המשתחררת בעת שריפה של דלקים מאובנים. תחנות הכוח התרמיות הראשונות הופיעו בסוף המאה ה-19 והפכו לתפוצה רחבה. באמצע שנות ה-70 של המאה ה-20, TPPs היו הסוג העיקרי של תחנות חשמל. בתחנות כוח תרמיות, האנרגיה הכימית של הדלק מומרת תחילה לאנרגיה מכנית ולאחר מכן לאנרגיה חשמלית. הדלק לתחנת כוח כזו יכול להיות פחם, כבול, גז, פצלי שמן, מזוט. תחנות כוח תרמיות מחולקות ל הִתְעַבּוּת(IES), שנועד לייצר רק אנרגיה חשמלית, ו תחנות חום וכוח משולבות(CHP), המייצר בנוסף לאנרגיית חום חשמלית בצורה של מים חמים וקיטור. IES גדולות בעלות משמעות מחוזית נקראות תחנות כוח מחוזיות של המדינה (GRES). הדיאגרמה הסכמטית הפשוטה ביותר של IES פחם מוצגת באיור. פחם מוזן לתוך בונקר הדלק 1, וממנו - למפעל הריסוק 2, שם הוא הופך לאבק. אבק פחם נכנס לכבשן מחולל הקיטור (דוד הקיטור) 3, שיש לו מערכת צינורות שבה מסתובבים מים מטוהרים כימית, הנקראים מי הזנה. בדוד המים מתחממים, מתאדים, והקיטור הרווי המתקבל מובא לטמפרטורה של 400-650 מעלות צלזיוס ובלחץ של 3-24 MPa, נכנס לטורבינת הקיטור 4 דרך צינור הקיטור. הפרמטרים תלויים בעוצמת היחידות. לתחנות כוח עיבוי תרמי יש יעילות נמוכה (30-40%), שכן רוב האנרגיה אובדת עם גזי פליטה ומי קירור מעבה. כדאי לבנות IES בסביבה הקרובה של אתרי מיצוי דלק. יחד עם זאת, ניתן לאתר צרכני חשמל במרחק ניכר מהתחנה. תחנת חום וכוח משולבתשונה מתחנת העיבוי עם טורבינת חימום מיוחדת המותקנת עליה עם מיצוי קיטור. ב-CHPP, חלק אחד של הקיטור משמש לחלוטין בטורבינה לייצור חשמל בגנרטור 5 ואז נכנס למעבה 6, בעוד החלק השני, בעל טמפרטורה ולחץ גבוהים, נלקח משלב הביניים של ה-CHPP. טורבינה ומשמשת לאספקת חום. הקונדנסט מסופק על ידי משאבה 7 דרך מייבש 8 ובהמשך על ידי משאבת הזנה 9 למחולל הקיטור. כמות הקיטור המופק תלויה בצרכים של ארגונים לאנרגיה תרמית. היעילות של CHP מגיעה ל-60-70%. תחנות כאלה נבנות בדרך כלל ליד צרכנים - מפעלי תעשייה או אזורי מגורים. לרוב הם עובדים על דלק מיובא. הרבה פחות נפוצות הן תחנות תרמיות עם טורבינת גז(GTPS), קיטור-גז(PGES) ומפעלי דיזל. גז או דלק נוזלי נשרף בתא הבעירה GTPP; מוצרי בעירה בטמפרטורה של 750-900 ºС נכנסים לטורבינת הגז המסובבת את הגנרטור החשמלי. היעילות של תחנות כוח תרמיות כאלה היא בדרך כלל 26-28%, ההספק הוא עד כמה מאות MW . GTPPs משמשים בדרך כלל לכיסוי שיאי עומס חשמלי. היעילות של SGPP יכולה להגיע ל-42 - 43%. החסכוניות ביותר הן תחנות כוח גדולות של טורבינות קיטור תרמיות (בקיצור TPPs). רוב תחנות הכוח התרמיות בארצנו משתמשות באבק פחם כדלק. כדי לייצר 1 קילוואט של חשמל, מוציאים כמה מאות גרמים של פחם. בדוד קיטור, מעל 90% מהאנרגיה המשתחררת מהדלק מועברת לקיטור. בטורבינה, האנרגיה הקינטית של סילוני הקיטור מועברת אל הרוטור. ציר הטורבינה מחובר בצורה נוקשה לציר הגנרטור. טורבינות קיטור מודרניות לתחנות כוח תרמיות הן מכונות מתקדמות מאוד, מהירות, חסכוניות מאוד עם חיי שירות ארוכים. ההספק שלהם בגרסת פיר בודד מגיע למיליון 200 אלף קילוואט, וזה לא הגבול. מכונות כאלה הן תמיד רב-שלביות, כלומר, יש להן בדרך כלל כמה עשרות דיסקים עם להבים עובדים ואותו מספר, לפני כל דיסק, קבוצות של חרירים שדרכם זורם סילון קיטור. לחץ הקיטור והטמפרטורה מופחתים בהדרגה. זה ידוע ממהלך הפיזיקה כי היעילות של מנועי חום עולה עם עלייה בטמפרטורה ההתחלתית של נוזל העבודה. לכן, הקיטור הנכנס לטורבינה מובא לפרמטרים גבוהים: הטמפרטורה היא כמעט עד 550 מעלות צלזיוס והלחץ הוא עד 25 MPa. היעילות של TPP מגיעה ל-40%. רוב האנרגיה אובדת יחד עם אדי הפליטה החמים. תחנה הידרואלקטרית (HPP), קומפלקס של מבנים וציוד שדרכם מומרת אנרגיית זרימת המים לאנרגיה חשמלית. HPP מורכב ממעגל סדרתי מבנים הידרוטכניים,מתן הריכוז הדרוש של זרימת המים ויצירת לחץ, וציוד כוח הממיר את אנרגיית המים הנעים בלחץ לאנרגיה סיבובית מכנית, אשר, בתורה, מומרת לאנרגיה חשמלית. ראש תחנת הכוח ההידרואלקטרית נוצר מריכוז נפילת הנהר בקטע המשומש ליד הסכר, או גִזרָה,או סכר וגזירה ביחד. ציוד הכוח העיקרי של ה-HPP ממוקם בבניין HPP: בחדר המכונות של תחנת הכוח - יחידות הידראוליות,ציוד עזר, התקני בקרה וניטור אוטומטיים; בעמדת השליטה המרכזית - קונסולת המפעיל-שולח או מפעיל תחנת כוח הידרו-חשמלית.חיזוק תחנת משנה שנאיםהוא ממוקם הן בתוך בניין HPP והן בבניינים נפרדים או בשטחים פתוחים. מכשירי הפצהלעתים קרובות ממוקם בשטח פתוח. ניתן לחלק את מבנה תחנת הכוח למקטעים עם יחידה אחת או יותר וציוד עזר, המופרדים מחלקים סמוכים של המבנה. במבנה תחנת הכוח ההידרואלקטרית או בתוכה נוצר אתר הרכבה להרכבה ותיקון של ציוד שונים ולפעולות תחזוקה נלוות של תחנת הכוח ההידרואלקטרית. לפי קיבולת מותקנת (ב MW)להבחין בין תחנות כוח הידרואלקטריות חָזָק(St. 250), מְמוּצָע(עד 25) ו קָטָן(עד 5). הספק של תחנת הכוח ההידרואלקטרית תלוי בלחץ (ההבדל בין הרמות של מעלה ומורד הזרם ), קצב הזרימה של המים המשמשים בטורבינות הידראוליות, ויעילות היחידה ההידראולית. ממספר סיבות (בגלל, למשל, שינויים עונתיים במפלס המים במאגרים, שונות בעומס מערכת האנרגיה, תיקון יחידות הידרואלקטריות או מבנים הידראוליים וכו'), הלחץ והזרימה של המים נמצאים כל הזמן משתנה, ובנוסף, קצב הזרימה משתנה בעת ויסות - ייצור חשמל של HPPs. ישנם מחזורים שנתיים, שבועיים ויומיים של מצב הפעולה של HPP. על פי הלחץ המרבי בשימוש, HPPs מחולקים ל לחץ גבוה(מעל 60 M), לחץ בינוני(מ-25 עד 60 M)ו לחץ נמוך(מ-3 עד 25 M).בנהרות שטוחים, הלחץ לעיתים רחוקות עולה על 100 M,בתנאים הרריים, דרך הסכר, ניתן ליצור לחצים של עד 300 Mועוד, ובעזרת גזירה - עד 1500 M.חלוקת המשנה של ה-HPP לפי הלחץ המשמש היא משוערת, מותנית. על פי תכנית השימוש במשאבי מים וריכוז הלחצים, HPPs מחולקים בדרך כלל ל עָרוּץ, ליד הסכר, הסחה עם גזירת לחץ ולא לחץ, אחסון מעורב, שאובו שֶׁל גֵאוּת וְשֵׁפֶל. ב-HPP של ריצת הנהר והסמוך לסכר, לחץ המים נוצר על ידי סכר שחוסם את הנהר ומעלה את מפלס המים במעלה הזרם. יחד עם זאת, הצפה מסוימת של עמק הנהר היא בלתי נמנעת. תחנות כוח הידרואלקטריות של זרימת נהר וכמעט סכר בנויות הן על נהרות גבוהי מים נמוכים והן על נהרות הרים, בעמקים דחוסים צרים. HPPs בריצת הנהר מאופיינים בראשים של עד 30-40 M.בלחצים גבוהים יותר, מסתבר שלא מעשי להעביר לחץ מים הידרוסטטי למבנה תחנת הכוח ההידרואלקטרית. במקרה זה, הסוג סֶכֶרתחנת הכוח ההידרואלקטרית, שבה חזית הלחץ חסומה על ידי סכר לכל אורכה, ומבנה תחנת הכוח ההידרואלקטרית נמצא מאחורי הסכר, צמודה למורד הזרם. סוג אחר של פריסה ליד הסכרתחנת הכוח ההידרואלקטרית מתאימה לתנאים הרריים עם קצבי זרימה נמוכים יחסית של הנהר. בְּ גזירהריכוז תחנת כוח הידרואלקטרית של נפילת הנהר נוצר באמצעות גזירה; מים בתחילת הקטע המשומש של הנהר מופנים מערוץ הנחל על ידי צינור, עם שיפוע נמוך משמעותית מהשיפוע הממוצע של הנחל בקטע זה ועם יישור עיקולי הערוץ. סוף הגזירה מובא למיקום בניין HPP. מי שפכים מוחזרים לנהר או מוזנים לגזירה הבאה HPP. גזירה מועילה כאשר שיפוע הנהר גבוה. מקום מיוחד בקרב HPPs תופס על ידי תחנות כוח אגירה שאובות(PSPP) ו תחנות כוח גאות ושפל(PES). הקמת תחנת כוח אגירה שאובה נובעת מגידול בביקוש להספק שיא במערכות אנרגיה גדולות, הקובע את כושר הייצור הנדרש לכיסוי עומסי שיא. יכולתה של תחנת הכוח השאובה לצבור אנרגיה מבוססת על כך שהאנרגיה החשמלית הפנויה במערכת החשמל למשך תקופה מסוימת משמשת את יחידות האגירה השאובה, הפועלות במצב משאבה, שואבות מים מהמאגר. לתוך בריכת האחסון העליונה. במהלך שיאי עומס, האנרגיה המצטברת מוחזרת למערכת החשמל (מים מהבריכה העליונה נכנסים לצינור הלחץ ומסובבים את היחידות ההידראוליות הפועלות במצב מחולל זרם). PES ממירים את האנרגיה של גאות ושפל בים לאנרגיה חשמלית. הכוח החשמלי של תחנות כוח הידרואלקטריות גאות ושפל, בשל כמה מאפיינים הקשורים לאופי התקופתי של הגאות והשפל, יכול לשמש במערכות חשמל רק בשילוב עם האנרגיה של תחנות כוח מווסתות, אשר מפצות על הצניחה בעוצמת הגאות והשפל. תחנות כוח במהלך היום או החודשים. המאפיין החשוב ביותר של משאבי אנרגיה הידרומית בהשוואה למשאבי דלק ואנרגיה הוא חידושם המתמשך. היעדר הצורך בדלק עבור HPPs קובע את העלות הנמוכה של חשמל המופק ב-HPPs. לכן, הקמת תחנות כוח הידרואלקטריות, למרות השקעות הון משמעותיות וספציפיות לכל 1 קילוואטקיבולת מותקנת וזמן בנייה ארוך, היו ובעלי חשיבות רבה, במיוחד כאשר היא קשורה להצבת תעשיות עתירות חשמל. תחנת כוח גרעינית (NPP), תחנת כוח שבה אנרגיה אטומית (גרעינית) מומרת לאנרגיה חשמלית. מחולל החשמל בתחנת כוח גרעינית הוא כור גרעיני. החום שמשתחרר בכור כתוצאה מתגובת שרשרת של ביקוע של גרעינים של כמה יסודות כבדים, אז, ממש כמו בתחנות כוח תרמיות קונבנציונליות (TPPs), הופך לחשמל. בניגוד לתחנות כוח תרמיות הפועלות על דלק מאובנים, תחנות כוח גרעיניות פועלות אש גרעינית-מ(מבוסס על 233 U, 235 U, 239 Pu). נקבע כי משאבי האנרגיה העולמיים של דלק גרעיני (אורניום, פלוטוניום וכו') עולים באופן משמעותי על משאבי האנרגיה של עתודות טבעיות של דלק אורגני (נפט, פחם, גז טבעי וכו'). זה פותח סיכויים רחבים לעמוד בביקוש הגובר במהירות לדלק. בנוסף, יש צורך לקחת בחשבון את הנפח ההולך וגדל של צריכת פחם ונפט למטרות טכנולוגיות של התעשייה הכימית העולמית, שהופכת למתחרה רצינית לתחנות כוח תרמיות. למרות גילוי מרבצים חדשים של דלק אורגני ושיפור השיטות להפקתו, יש בעולם נטייה לעלייה יחסית בעלותו. זה יוצר את התנאים הקשים ביותר עבור מדינות עם עתודות מוגבלות של דלקים מאובנים. יש צורך ברור בפיתוח מהיר של אנרגיה גרעינית, שכבר תופסת מקום נכבד במאזן האנרגיה של מספר מדינות תעשייתיות בעולם. תרשים סכמטי של תחנת כוח גרעינית עם כור גרעיני מקורר מים מוצג באיור. 2. חום שנוצר ב הליבהכור נוזל קירור,נלקח על ידי מים של המעגל הראשון, אשר נשאבים דרך הכור על ידי משאבת מחזור. מים מחוממים מהכור נכנסים למחליף החום (מחולל קיטור) 3, שם הוא מעביר את החום המתקבל בכור למים של המעגל השני. מים מהמעגל השני מתאדים במחולל הקיטור, ונוצר אדים שנכנסים לטורבינה. 4.
לרוב, 4 סוגים של כורי נויטרונים תרמיים משמשים בתחנות כוח גרעיניות: 1) כורים מקוררים במים עם מים רגילים כמנחה ונוזל קירור; 2) מי גרפיט עם נוזל קירור מים ומנחה גרפיט; 3) מים כבדים עם נוזל קירור מים ומים כבדים כמנחה; 4) גרפיטו - גז עם נוזל קירור גז ומנחה גרפיט. הבחירה בסוג הכור המשמש בעיקר נקבעת בעיקר על פי הניסיון המצטבר במנשא הכור, כמו גם זמינות הציוד התעשייתי הדרוש, חומרי גלם וכו'. הכור ומערכות השירות שלו כוללות: הכור עצמו עם ביולוגי. הֲגָנָה , מחליפי חום, משאבות או מפוחי גז המזרימים את נוזל הקירור, צינורות ואביזרים למחזור המעגל, מכשירים לטעינת דלק גרעיני, מערכות אוורור מיוחדות, קירור חירום ועוד. כדי להגן על אנשי תחנת הכוח הגרעינית מחשיפה לקרינה, הכור הוא מוקף בהגנה ביולוגית, שהחומר העיקרי עבורו הם בטון, מים, חול נחש. ציוד מעגל הכור חייב להיות אטום לחלוטין. מסופקת מערכת לניטור מקומות הדליפה האפשרית של נוזל הקירור, אמצעים ננקטים כך שהופעת דליפות ושברים במעגל לא יובילו לפליטות רדיואקטיביות ולזיהום של שטחי ה- NPP והסביבה. אוויר רדיואקטיבי וכמות קטנה של אדי נוזל קירור, עקב נוכחות דליפות מהמעגל, מוסרים ממתחמי NPP ללא השגחה על ידי מערכת אוורור מיוחדת, שבה מסופקים מסנני טיהור ומחזיקי גז כדי למנוע את האפשרות של זיהום אטמוספרי. שירות הבקרה הדוסימטרית מפקח על מילוי כללי בטיחות הקרינה על ידי אנשי ה- NPP. הנוכחות של הגנה ביולוגית, מערכות אוורור מיוחדות וקירור חירום ושירות בקרה דוסימטרית מאפשרת להגן באופן מוחלט על אנשי התחזוקה של NPP מפני ההשפעות המזיקות של חשיפה רדיואקטיבית. לתחנות כוח גרעיניות, שהן הסוג המודרני ביותר של תחנות כוח, יש מספר יתרונות משמעותיים על פני סוגים אחרים של תחנות כוח: בתנאי הפעלה רגילים, הן לחלוטין אינן מזהמות את הסביבה, אינן מצריכות התקשרות למקור חומרי גלם. ובהתאם, ניתן למקם כמעט בכל מקום. ליחידות הכוח החדשות קיבולת כמעט שווה לזו של תחנת כוח מים ממוצעת, אך מקדם ניצול ההספק המותקן בתחנות כוח גרעיניות (80%) עולה באופן משמעותי על זה של תחנות כוח הידרואלקטריות או תחנות כוח תרמיות. אין כמעט חסרונות משמעותיים של תחנות כוח גרעיניות בתנאי הפעלה רגילים. עם זאת, אי אפשר שלא להבחין בסכנה של תחנות כוח גרעיניות בנסיבות אפשריות של כוח עליון: רעידות אדמה, הוריקנים וכדומה - כאן מהווים דגמים ישנים של יחידות כוח סכנה פוטנציאלית של זיהום קרינה של שטחים עקב התחממות יתר בלתי מבוקרת של הכור.

מקורות אנרגיה חלופיים.

אנרגיה של שמש. לאחרונה, העניין בבעיית השימוש באנרגיה סולארית גדל באופן דרמטי, מכיוון שהפוטנציאל לאנרגיה המבוססת על שימוש בקרינת שמש ישירה הוא גבוה ביותר. הקולט הפשוט ביותר של קרינת השמש הוא יריעת מתכת מושחרת (בדרך כלל אלומיניום), שבתוכה יש צינורות עם נוזל שמסתובב בתוכו. מחומם על ידי אנרגיית השמש הנספגת בקולט, הנוזל מסופק לשימוש ישיר. אנרגיה סולארית היא אחד מסוגי הפקת האנרגיה עתירי החומרים ביותר. השימוש באנרגיה סולארית בקנה מידה גדול כרוך בגידול עצום בצורך בחומרים, וכתוצאה מכך, במשאבי עבודה להפקת חומרי גלם, העשרה שלהם, ייצור חומרים, ייצור הליוסטטים, קולטים, ציוד אחר, וההסעה שלהם. עד כה, האנרגיה החשמלית הנוצרת מקרני השמש יקרה בהרבה מזו המתקבלת בשיטות מסורתיות. המדענים מקווים שהניסויים שהם יבצעו במתקני ניסוי ובתחנות יסייעו לפתור לא רק בעיות טכניות אלא גם כלכליות. אנרגיית רוח. האנרגיה של מסות אוויר נעות היא עצומה. העתודות של אנרגיית הרוח גדולות יותר מפי מאה ממאגרי האנרגיה של כל נהרות הפלנטה. רוחות נושבות ללא הרף ובכל מקום על פני כדור הארץ. תנאי האקלים מאפשרים פיתוח של אנרגיית רוח בשטח עצום. אבל בימינו, מנועים מונעי רוח מכסים רק אלפית מצרכי האנרגיה בעולם. לכן, מומחים בבניית מטוסים מעורבים ביצירת העיצובים של גלגל הרוח, הלב של כל תחנת כוח רוח, אשר מסוגלים לבחור את פרופיל הלהב המתאים ביותר ולחקור אותו במנהרת רוח. באמצעות מאמציהם של מדענים ומהנדסים, נוצר מגוון רחב של עיצובים של טורבינות רוח מודרניות. אנרגיית כדור הארץ. מאז ימי קדם, אנשים ידעו על הביטויים הספונטניים של אנרגיה ענקית האורבת בבטן הגלובוס. הזיכרון של האנושות שומר על אגדות על התפרצויות געשיות קטסטרופליות שגבו מיליוני חיי אדם, ושינו ללא הכר את המראה של מקומות רבים על פני כדור הארץ. כוחה של התפרצות אפילו של הר געש קטן יחסית הוא אדיר, הוא עולה פעמים רבות על כוחן של תחנות הכוח הגדולות ביותר שנוצרו בידי אדם. נכון, אין צורך לדבר על שימוש ישיר באנרגיה של התפרצויות געשיות, עד כה אין לאנשים אפשרות לרסן את היסוד הסורר הזה. האנרגיה של כדור הארץ מתאימה לא רק לחימום חדרים, כפי שקורה באיסלנד, אבל גם לייצור חשמל. תחנות כוח המשתמשות במעיינות תת-קרקעיים חמים פועלות כבר זמן רב. תחנת הכוח הראשונה כזו, שעדיין די נמוכה בהספק, נבנתה בשנת 1904 בעיירה האיטלקית הקטנה לדרלו. בהדרגה גדלה קיבולת תחנת הכוח, יותר ויותר יחידות חדשות נכנסו לפעולה, נעשה שימוש במקורות חדשים של מים חמים, וכיום הספק התחנה כבר הגיע לשווי מרשים של 360 אלף קילוואט.

העברת חשמל.

רוֹבּוֹטרִיקִים.

רכשת מקרר ZIL. המוכר הזהיר אותך שהמקרר מיועד למתח רשת של 220 V. ובבית שלך מתח הרשת הוא 127 V. קיפאון? בכלל לא. אתה רק צריך לעשות עלות נוספת ולרכוש שנאי. שַׁנַאי- מכשיר פשוט מאוד המאפשר להעלות ולהוריד את המתח. המרת AC מתבצעת באמצעות שנאים. בפעם הראשונה, שנאים שימשו בשנת 1878 את המדען הרוסי P.N. Yablochkov כדי להפעיל את "הנרות החשמליים" שהמציא, מקור אור חדש באותה תקופה. הרעיון של P.N. Yablochkov פותח על ידי I.F. Usagin, עובד אוניברסיטת מוסקבה, שתכנן שנאים משופרים. השנאי מורכב מליבת ברזל סגורה, שעליה מונחים שני סלילים (לפעמים יותר) עם פיתולי תיל (איור. 1) . אחד הפיתולים, הנקרא ראשוני, מחובר למקור מתח חילופין. הפיתול השני, אליו מחובר ה"עומס", כלומר מכשירים ומכשירים הצורכים חשמל, נקרא משני.

איור 1 איור 2

התרשים של המכשיר של שנאי עם שתי פיתולים מוצג באיור 2, והסמל שאומץ עבורו הוא באיור. 3.

פעולת השנאי מבוססת על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית. כאשר זרם חילופין עובר דרך הפיתול הראשוני, מופיע שטף מגנטי לסירוגין בליבת הברזל, אשר מעורר את ה-EMF האינדוקציה בכל פיתול. יתר על כן, הערך המיידי של ה-emf האינדוקציה ה בכל סיבוב של הפיתול הראשוני או המשני לפי חוק פאראדיי נקבע על ידי הנוסחה:

ה = -Δ F/Δ ט

אם ו= Ф 0 сosωt, אם כן e \u003d ω F 0 חטאω ט, או ה =ה 0 חטאω ט , איפה ה 0 \u003d ω Ф 0 - משרעת ה-EMF בסיבוב אחד. בפיתול הראשוני, שיש לו פ 1 סיבובים, אינדוקציה מוחלטת של emf ה 1 שווה ל פ 1 ה.יש EMF כולל בפיתול המשני. ה 2 שווה ל פ 2 ה,איפה פ 2 - מספר סיבובים של פיתול זה.

מכאן נובע מכך

ה 1 ה 2 = פ 1 פ 2 . (1) סכום מתח u 1 , מוחל על הפיתול הראשוני, וה-EMF ה 1 צריך להיות שווה למפל המתח בפיתול הראשוני: u 1 + ה 1 = אני 1 ר 1 , איפה ר 1 הוא ההתנגדות הפעילה של הפיתול, ו אני 1 הוא הזרם בו. משוואה זו נובעת ישירות מהמשוואה הכללית. בדרך כלל ההתנגדות הפעילה של הפיתול היא קטנה וחבר אני 1 ר 1 ניתן להזניח. בגלל זה u 1 ≈ - ה 1 . (2) כאשר הפיתול המשני של השנאי פתוח, לא זורם בו זרם, והיחס מתקיים:

u 2 ≈ - ה 2 . (3)

מאז הערכים המיידיים של ה-emf ה 1 ו ה 2 שינוי בשלב, אז ניתן להחליף את היחס שלהם בנוסחה (1) ביחס של ערכים אפקטיביים ה 1 וה 2 EMF אלה או, תוך התחשבות בשוויון (2) ו-(3), היחס בין ערכי המתח האפקטיבי U 1 ואתה 2 .

U 1 /U 2 = ה 1 / ה 2 = נ 1 / נ 2 = ק. (4)

ערך קנקרא יחס הטרנספורמציה. אם ק> 1, אז השנאי הוא צעד למטה, עם ק<1 - גדל כאשר המעגל של הפיתול המשני סגור, זרם זורם בו. ואז היחס u 2 ≈ - ה 2 כבר לא מתקיים בדיוק, ובהתאם, הקשר בין U 1 ואתה 2 הופך מורכב יותר מאשר במשוואה (4). על פי חוק שימור האנרגיה, ההספק במעגל הראשוני חייב להיות שווה להספק במעגל המשני: U 1 אני 1 = U 2 אני 2, (5) איפה אני 1 ו אני 2 - ערכי כוח יעילים בפיתולים הראשוניים והמשניים.

מכאן נובע מכך

U 1 /U 2 = אני 1 / אני 2 . (6)

המשמעות היא שעל ידי הגדלת המתח מספר פעמים בעזרת שנאי, אנו מפחיתים את הזרם באותה כמות (ולהיפך).

בשל הפסדי האנרגיה הבלתי נמנעים לייצור חום בפיתולים ובליבת הברזל, משוואות (5) ו- (6) מתקיימות בערך. עם זאת, בשנאים מודרניים בעלי הספק גבוה, סך ההפסדים אינם עולים על 2-3%.

בתרגול יומיומי, לעתים קרובות אתה צריך להתמודד עם שנאים. בנוסף לאותם שנאים שבהם אנו משתמשים, בשוגג, בשל העובדה שמכשירים תעשייתיים מיועדים למתח אחד, ואחרים משמשים ברשת העירונית - מלבדם, אנחנו צריכים להתמודד עם סלילי רכב. הסליל הוא שנאי שלב. כדי ליצור ניצוץ שמצית את תערובת העבודה, נדרש מתח גבוה, אותו אנו מקבלים מהמצבר של המכונית, לאחר שהפכנו תחילה את הזרם הישר של המצבר לזרם חילופין באמצעות מפסק. קל לראות שעד לאובדן האנרגיה המשמשת לחימום השנאי, ככל שהמתח עולה, הזרם יורד, ולהיפך.

מכונות ריתוך דורשות שנאי ירידה. ריתוך דורש זרמים גבוהים מאוד, ולשנאי של מכונת הריתוך יש רק סיבוב פלט אחד.

בטח שמתם לב שליבת השנאי עשויה מיריעות פלדה דקות. זה נעשה על מנת לא לאבד אנרגיה במהלך המרת מתח. בחומר גיליון, זרמי מערבולת ישחקו תפקיד פחות מאשר בחומר מוצק.

בבית אתם מתעסקים בשנאים קטנים. לגבי שנאים חזקים, הם מבנים ענקיים. במקרים אלה, הליבה עם פיתולים ממוקמת במיכל מלא בשמן קירור.

העברת חשמל

צרכני חשמל נמצאים בכל מקום. הוא מיוצר במקומות מעטים יחסית הקרובים למקורות דלק ומשאבי מים. לכן, יש צורך בהעברת חשמל למרחקים המגיעים לפעמים למאות קילומטרים.

אבל העברת חשמל למרחקים ארוכים קשורה להפסדים משמעותיים. העובדה היא שזרם דרך קווי חשמל, הזרם מחמם אותם. בהתאם לחוק ג'ול-לנץ, האנרגיה המושקעת בחימום החוטים של הקו נקבעת על ידי הנוסחה

Q=I 2 Rtכאשר R הוא התנגדות הקו. עם תור ארוך, העברת האנרגיה יכולה להפוך בדרך כלל ללא רווחית מבחינה כלכלית. כדי להפחית את ההפסדים, אתה יכול כמובן ללכת בדרך של הפחתת ההתנגדות R של הקו על ידי הגדלת שטח החתך של החוטים. אבל כדי להפחית את R, למשל, בפקטור של 100, יש להגדיל גם את מסת החוט בפקטור של 100. ברור שלא ניתן לאפשר הוצאה כה גדולה של מתכת לא ברזלית יקרה, שלא לדבר על הקשיים בקיבוע חוטים כבדים על תרנים גבוהים וכו'. לכן, הפסדי האנרגיה בקו מצטמצמים בדרך אחרת: על ידי הפחתת הזרם. בשורה. לדוגמה, ירידה בזרם בפקטור של 10 מפחיתה את כמות החום המשתחררת במוליכים פי 100, כלומר, מושגת אותה השפעה כמו משקל פי מאה של החוט.

מכיוון שההספק הנוכחי הוא פרופורציונלי למכפלת עוצמת הזרם והמתח, על מנת לשמור על ההספק המועבר, יש צורך להגביר את המתח בקו ההולכה. יתרה מכך, ככל שקו ההולכה ארוך יותר, כך משתלם יותר להשתמש במתח גבוה יותר. אז, למשל, בקו ההולכה במתח גבוה Volzhskaya HPP - מוסקבה, נעשה שימוש במתח של 500 קילו וולט. בינתיים, גנרטורים של זרם חילופין בנויים עבור מתחים שאינם עולים על 16-20 קילו וולט, שכן מתח גבוה יותר ידרוש נקיטת אמצעים מיוחדים מורכבים יותר לבידוד הפיתולים וחלקים אחרים של הגנרטורים.

לכן, שנאים עולים מותקנים בתחנות כוח גדולות. השנאי מגביר את המתח בקו כמה פעמים שהוא מפחית את הזרם. אובדן החשמל במקרה זה קטן.

לשימוש ישיר בחשמל במנועי ההנעה החשמלית של כלי מכונות, ברשת התאורה ולמטרות אחרות, יש להפחית את המתח בקצוות הקו. זה מושג בעזרת שנאים מטה. יתרה מכך, בדרך כלל ירידה במתח ובהתאם לכך, עלייה בחוזק הזרם מתרחשת במספר שלבים. בכל שלב, המתח הולך וקטן, והשטח המכוסה על ידי רשת החשמל הולך ומתרחב. תוכנית ההולכה וההפצה של חשמל מוצגת באיור.

תחנות כוח במספר אזורי הארץ מחוברות בקווי הולכה במתח גבוה, היוצרים רשת חשמל משותפת אליה מחוברים הצרכנים. אסוציאציה כזו נקראת מערכת חשמל. מערכת החשמל מבטיחה אספקת אנרגיה ללא הפרעה לצרכנים, ללא קשר למיקומם.

השימוש בחשמל.

השימוש בחשמל בתחומי מדע שונים.

המאה ה-20 הפכה למאה שבה המדע פולש לכל תחומי החברה: כלכלה, פוליטיקה, תרבות, חינוך וכו'. מטבע הדברים, המדע משפיע ישירות על התפתחות האנרגיה ועל היקף החשמל. מצד אחד, המדע תורם להרחבת היקף האנרגיה החשמלית ובכך מגדיל את צריכתה, אך מצד שני, בעידן שבו שימוש בלתי מוגבל במשאבי אנרגיה בלתי מתחדשים מהווה סכנה לדורות הבאים, הפיתוח של טכנולוגיות חיסכון באנרגיה ויישומה בחיים הופכים למשימות אקטואליות של המדע. הבה נבחן את השאלות הללו בדוגמאות קונקרטיות. כ-80% מצמיחת התמ"ג (תוצר מקומי גולמי) במדינות המפותחות מושגת באמצעות חדשנות טכנית, מרביתה קשורה לשימוש בחשמל. כל מה שחדש בתעשייה, בחקלאות ובחיי היומיום מגיע אלינו הודות להתפתחויות חדשות בענפי המדע השונים. רוב ההתפתחויות המדעיות מתחילות בחישובים תיאורטיים. אבל אם במאה התשע עשרה חישובים אלו נעשו באמצעות עט ונייר, הרי בעידן המהפכה המדעית והטכנולוגית (המהפכה המדעית והטכנולוגית), כל החישובים התיאורטיים, הבחירה והניתוח של נתונים מדעיים, ואפילו ניתוח לשוני של יצירות ספרותיות. נעשה באמצעות מחשבים (מחשבים אלקטרוניים), הפועלים על אנרגיה חשמלית, הנוחה ביותר לשידורה למרחק ולשימוש. אבל אם בהתחלה מחשבים שימשו לחישובים מדעיים, עכשיו המחשבים התעוררו לחיים מהמדע. כעת הם משמשים בכל תחומי הפעילות האנושית: לרישום ואחסון מידע, יצירת ארכיונים, הכנה ועריכה של טקסטים, ביצוע עבודות רישום וגרפיקה, אוטומציה של ייצור וחקלאות. האלקטרוניזציה והאוטומציה של הייצור הן ההשלכות החשובות ביותר של המהפכה ה"תעשייתית השנייה" או ה"מיקרואלקטרונית" בכלכלות של מדינות מפותחות. התפתחות האוטומציה המשולבת קשורה ישירות גם למיקרו-אלקטרוניקה, ששלב חדש מבחינה איכותית החל לאחר המצאת המיקרו-מעבד ב-1971 - התקן לוגי מיקרו-אלקטרוני המובנה במכשירים שונים כדי לשלוט על פעולתם. מיקרו-מעבדים האיצו את צמיחת הרובוטיקה. רוב הרובוטים הנמצאים בשימוש כיום שייכים למה שנקרא הדור הראשון, ומשמשים בריתוך, חיתוך, כבישה, ציפוי וכו'. הרובוטים מהדור השני שמחליפים אותם מצוידים במכשירים לזיהוי הסביבה. ורובוטים - "אינטלקטואלים" מהדור השלישי "יראו", "ירגישו", "ישמעו". מדענים ומהנדסים מכנים אנרגיה גרעינית, חקר חלל, תחבורה, מסחר, אחסנה, טיפול רפואי, עיבוד פסולת, פיתוח העושר של קרקעית האוקיינוס ​​בין תחומי היישום המועדפים ביותר של רובוטים. רוב הרובוטים פועלים על אנרגיה חשמלית, אך העלייה בצריכת החשמל של הרובוטים מתקזזת על ידי הפחתת עלויות האנרגיה בתהליכי ייצור עתירי אנרגיה רבים באמצעות הכנסת שיטות יעילות יותר ותהליכים טכנולוגיים חדשים לחיסכון באנרגיה. אבל בחזרה למדע. כל הפיתוחים התיאורטיים החדשים מאומתים בניסוי לאחר חישובי מחשב. וככלל, בשלב זה מתבצע מחקר באמצעות מדידות פיזיקליות, ניתוחים כימיים וכו'. כאן, כלי המחקר המדעיים מגוונים - מכשירי מדידה רבים, מאיצים, מיקרוסקופים אלקטרונים, טומוגרפים תהודה מגנטית וכו'. רוב המכשירים הללו של מדע ניסיוני פועלים על אנרגיה חשמלית. המדע בתחום התקשורת והתקשורת מתפתח במהירות רבה. תקשורת לווין משמשת לא רק כאמצעי תקשורת בינלאומי, אלא גם בחיי היומיום – צלחות לוויין אינן נדירות בעירנו. אמצעי תקשורת חדשים, כמו טכנולוגיית סיבים, יכולים לצמצם משמעותית את אובדן החשמל בתהליך העברת אותות למרחקים ארוכים. המדע ותחום הניהול לא עקפו. ככל שהמהפכה המדעית והטכנולוגית מתפתחת, תחומי הייצור והאי-ייצור של הפעילות האנושית מתרחבים, ההנהלה מתחילה למלא תפקיד חשוב יותר ויותר בשיפור היעילות שלהם. ממעין אמנות, עד לאחרונה המבוססת על ניסיון ואינטואיציה, ניהול הפך כיום למדע. מדע הניהול, החוקים הכלליים של קבלה, אחסון, שידור ועיבוד מידע נקרא קיברנטיקה. מונח זה מגיע מהמילים היווניות "הגאי", "הגאי". הוא נמצא בכתביהם של פילוסופים יוונים עתיקים. אולם לידתו החדשה התרחשה למעשה ב-1948, לאחר פרסום הספר "קיברנטיקה" מאת המדען האמריקאי נורברט ווינר. לפני תחילת המהפכה ה"קיברנטית" היה רק ​​מדעי המחשב מנייר, שאמצעי התפיסה העיקרי שלו היה המוח האנושי, ואשר לא השתמש בחשמל. המהפכה ה"קיברנטית" הולידה משהו שונה מהותית - אינפורמטיקה של מכונה, התואמת לזרימות המידע המוגברות בצורה ענקית, שמקור האנרגיה עבורה הוא חשמל. נוצרו אמצעים חדשים לחלוטין להשגת מידע, צבירתו, עיבודו והעברתו, אשר יוצרים יחד מבנה מידע מורכב. הוא כולל מערכות בקרה אוטומטיות (מערכות בקרה אוטומטיות), מאגרי מידע, בסיסי מידע אוטומטיים, מרכזי מחשבים, מסופי וידאו, מכונות צילום ומכונות טלגרף, מערכות מידע בפריסה ארצית, מערכות תקשורת לווייניות ומערכות תקשורת סיבים אופטיים במהירות גבוהה - כל זה התרחב ללא הגבלה היקף השימוש בחשמל. מדענים רבים מאמינים שבמקרה זה אנו מדברים על תרבות "מידע" חדשה, המחליפה את הארגון המסורתי של סוג תעשייתי של חברה. התמחות זו מאופיינת בתכונות החשובות הבאות:

שימוש נרחב בטכנולוגיית מידע בייצור חומרי ולא חומרי, בתחום המדע, החינוך, הבריאות וכו'; נוכחות של רשת רחבה של מאגרי מידע שונים, כולל שימוש ציבורי; הפיכת מידע לאחד הגורמים החשובים ביותר של התפתחות כלכלית, לאומית ואישית; תנועה חופשית של מידע בחברה.

מעבר כזה מחברה תעשייתית ל"ציוויליזציית מידע" התאפשר במידה רבה בזכות התפתחות האנרגיה ומתן סוג נוח של אנרגיה בהולכה ובשימוש - אנרגיה חשמלית.

חשמל בייצור.

אי אפשר לדמיין את החברה המודרנית ללא חשמול של פעילויות הייצור. כבר בסוף שנות ה-80, יותר מ-1/3 מכלל צריכת האנרגיה בעולם התבצעה בצורה של אנרגיה חשמלית. עד תחילת המאה הבאה, שיעור זה עשוי לעלות ל-1/2. גידול כזה בצריכת החשמל קשור בעיקר לעלייה בצריכתו בתעשייה. החלק העיקרי של מפעלים תעשייתיים עובד על אנרגיה חשמלית. צריכת חשמל גבוהה אופיינית לתעשיות עתירות אנרגיה כמו מתכות, אלומיניום ותעשיות הנדסה.

חשמל בבית.

חשמל בחיי היומיום הוא עוזר חיוני. כל יום אנחנו מתמודדים עם זה, וכנראה, אנחנו כבר לא יכולים לדמיין את חיינו בלעדיו. תזכרו את הפעם האחרונה שכיביתם את האור, כלומר הבית שלכם לא קיבל חשמל, תזכרו איך נשבעתם שאין לכם זמן לכלום ואתם צריכים אור, הייתם צריכים טלוויזיה, קומקום ועוד המון מכשירי חשמל. אחרי הכל, אם נהיה חסרי אנרגיה לנצח, אז פשוט נחזור לאותן זמנים קדומים שבהם אוכל בושל על אש וחי בוויגוואמים קרים. את חשיבות החשמל בחיינו אפשר לכסות בשיר שלם, זה כל כך חשוב בחיים שלנו וכל כך רגילים לזה. אמנם אנחנו כבר לא שמים לב שהיא מגיעה אלינו הביתה, אבל כשהיא מכובה, זה הופך להיות מאוד לא נוח. מעריך חשמל!

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה.

ספר לימוד מאת S.V. Gromov "פיזיקה, כיתה י'". מוסקבה: הארה. מילון אנציקלופדי של פיזיקאי צעיר. מתחם. V.A. צ'ויאנוב, מוסקבה: פדגוגיה. Allion L., Wilcons W.. פיזיקה. מוסקבה: נאוקה. Koltun M. World of Physics. מוסקבה. מקורות אנרגיה. עובדות, בעיות, פתרונות. מוסקבה: מדע וטכנולוגיה. מקורות אנרגיה לא מסורתיים. מוסקבה: ידע. Yudasin L.S. Energy: בעיות ותקוות. מוסקבה: הארה. פודגורי א.נ. אנרגיית מימן. מוסקבה: נאוקה.

תַקצִיר

אחת הבעיות הגדולות שנפתרו בתקופה הנידונה הייתה ייצור ושימוש בחשמל - בסיס האנרגיה החדש לתעשייה ולתחבורה.

תַקצִיר

ההיסטוריה של התאורה החשמלית החלה בשנת 1870 עם המצאת מנורת הליבון, בה אור נוצר כתוצאה מזרם חשמלי.

תַקצִיר

באמצע המאה ה-19, ההיסטוריה של המדע והטכנולוגיה התקרבה לתקופה קריטית, כאשר המאמצים העיקריים של מדענים וממציאים מובילים - מהנדסי חשמל במדינות רבות התמקדו בכיוון אחד: יצירת מקורות אור נוחים יותר.

מסמך

בין תופעות הטבע המעניינות והמסתוריות ביותר, כישרון הילדים תופס את אחד המקומות המובילים. בעיות האבחון והפיתוח שלו מעסיקות מחנכים במשך מאות שנים.

Sangadzhieva Lyubov Batovna, מורה לפיזיקה, קטגוריית ההסמכה הגבוהה ביותר. תוכנית העבודה של מוסקבה 2011

תוכנית עבודה

תוכנית עבודה זו בפיזיקה לכיתות 10-11 מורכבת על בסיס הרכיב הפדרלי של תקן המדינה לחינוך כללי תיכוני (שלם) בפיזיקה (2004).

בפיזיקה

בנושא "ייצור, הולכה ושימוש בחשמל"

תלמידי כיתה יא' א

בית ספר MOU מספר 85

קתרין.

תוכנית מופשטת.

מבוא.

1. ייצור חשמל.

1. סוגי תחנות כוח.

2. מקורות אנרגיה חלופיים.

2. העברת כוח.

רוֹבּוֹטרִיקִים.

3. שימוש בחשמל.

מבוא.

לידת האנרגיה התרחשה לפני כמה מיליוני שנים, כאשר אנשים למדו להשתמש באש. האש נתנה להם חום ואור, היוותה מקור השראה ואופטימיות, נשק נגד אויבים וחיות בר, תרופה, עוזרת לחקלאות, חומר משמר מזון, כלי טכנולוגי וכו'.

המיתוס הנפלא של פרומתאוס, שנתן אש לאנשים, הופיע ביוון העתיקה הרבה יותר מאוחר מאשר בחלקים רבים של העולם, שיטות טיפול מתוחכמות למדי באש, ייצור וכיבוי שלה, שימור האש ושימוש רציונלי בדלק.

במשך שנים רבות נשמרה האש על ידי שריפת מקורות אנרגיה צמחיים (עץ, שיחים, קנים, דשא, אצות יבשות ועוד), ואז התגלה כי ניתן להשתמש בחומרים מאובנים לשמירה על האש: פחם, שמן. , פצלים, כבול.

עד כה, האנרגיה נותרה המרכיב העיקרי בחיי האדם. זה מאפשר ליצור חומרים שונים, הוא אחד הגורמים העיקריים בפיתוח טכנולוגיות חדשות. במילים פשוטות, מבלי לשלוט בסוגים שונים של אנרגיה, אדם אינו מסוגל להתקיים במלואו.

ייצור חשמל.

סוגי תחנות כוח.

תחנת הכוח התרמו (TPP), תחנת כוח המייצרת חשמל כתוצאה מהמרת אנרגיה תרמית המשתחררת בעת שריפה של דלקים מאובנים. תחנות הכוח התרמיות הראשונות הופיעו בסוף המאה ה-19 והופצו בעיקר. באמצע שנות ה-70 של המאה ה-20, תחנות כוח תרמיות היו הסוג העיקרי של תחנות כוח.

בתחנות כוח תרמיות, האנרגיה הכימית של הדלק מומרת תחילה לאנרגיה מכנית ולאחר מכן לאנרגיה חשמלית. הדלק לתחנת כוח כזו יכול להיות פחם, כבול, גז, פצלי שמן, מזוט.

תחנות כוח תרמיות מחולקות ל הִתְעַבּוּת(IES) שנועד לייצר רק אנרגיה חשמלית, ו תחנות חום וכוח משולבות(CHP), המייצר בנוסף לאנרגיית חום חשמלית בצורה של מים חמים וקיטור. IES גדולות בעלות משמעות מחוזית נקראות תחנות כוח מחוזיות של המדינה (GRES).

הדיאגרמה הסכמטית הפשוטה ביותר של IES פחם מוצגת באיור. פחם מוזן לתוך בונקר הדלק 1, וממנו - למפעל הריסוק 2, שם הוא הופך לאבק. אבק פחם נכנס לכבשן מחולל הקיטור (דוד הקיטור) 3, שיש לו מערכת צינורות שבה מסתובבים מים מטוהרים כימית, הנקראים מי הזנה. בדוד המים מתחממים, מתאדים, והקיטור הרווי המתקבל מובא לטמפרטורה של 400-650 מעלות צלזיוס ובלחץ של 3-24 MPa, נכנס לטורבינת הקיטור 4 דרך צינור הקיטור. הפרמטרים תלויים בעוצמת היחידות.

לתחנות כוח עיבוי תרמי יש יעילות נמוכה (30-40%), שכן רוב האנרגיה אובדת עם גזי פליטה ומי קירור מעבה. כדאי לבנות IES בסביבה הקרובה של אתרי מיצוי דלק. יחד עם זאת, ניתן לאתר צרכני חשמל במרחק ניכר מהתחנה.

תחנת חום וכוח משולבתשונה מתחנת העיבוי עם טורבינת מיצוי חום מיוחדת המותקנת עליה עם מיצוי קיטור. ב-CHPP, חלק אחד של הקיטור משמש לחלוטין בטורבינה לייצור חשמל בגנרטור 5 ולאחר מכן נכנס למעבה 6, והחלק השני, בעל טמפרטורה ולחץ גבוהים, נלקח משלב הביניים של ה-CHPP. טורבינה ומשמשת לאספקת חום.הקונדנסט נשאב 7 דרך ה-deaerator 8 ולאחר מכן מוזן על ידי משאבת ההזנה 9 מוזן לתוך מחולל הקיטור. כמות הקיטור המופקת תלויה בצרכים של ארגונים לאנרגיה תרמית.

היעילות של CHP מגיעה ל-60-70%. תחנות כאלה נבנות בדרך כלל ליד צרכנים - מפעלי תעשייה או אזורי מגורים. לרוב הם עובדים על דלק מיובא.

תחנות תרמיות עם טורבינת גז(GTPS), קיטור-גז(PGES) ומפעלי דיזל.

גז או דלק נוזלי נשרף בתא הבעירה GTPP; מוצרי בעירה בטמפרטורה של 750-900 ºС נכנסים לטורבינת הגז המסובבת את הגנרטור החשמלי. היעילות של תחנות כוח תרמיות כאלה היא בדרך כלל 26-28%, ההספק הוא עד כמה מאות MW . GTPPs משמשים בדרך כלל לכיסוי עומסי שיא חשמליים. היעילות של SGPP יכולה להגיע ל-42 - 43%.

החסכוניות ביותר הן תחנות כוח גדולות של טורבינת קיטור תרמית (בקיצור TPPs). רוב תחנות הכוח התרמיות בארצנו משתמשות באבק פחם כדלק. צריך כמה מאות גרמים של פחם כדי לייצר 1 קילוואט של חשמל. בדוד קיטור, מעל 90% מהאנרגיה המשתחררת מהדלק מועברת לקיטור. בטורבינה, האנרגיה הקינטית של סילוני הקיטור מועברת אל הרוטור. ציר הטורבינה מחובר בצורה נוקשה למחולל הציר.

טורבינות קיטור מודרניות לתחנות כוח תרמיות הן מכונות מתקדמות מאוד, מהירות, חסכוניות מאוד עם חיי שירות ארוכים. ההספק שלהם בגרסת ראש הנפץ מגיע ל-1 מיליון 200 אלף קילוואט, וזה לא הגבול. מכונות כאלה הן תמיד רב-שלביות, כלומר יש להן בדרך כלל כמה עשרות דיסקים עם להבים עובדים ומספר זהה, מול כל דיסק, של קבוצות חרירים שדרכם זורם סילון קיטור. לחץ הקיטור והטמפרטורה יורדים בהדרגה.

ממהלך הפיזיקה ידוע כי היעילות של מנועי חום עולה עם עלייה בטמפרטורה ההתחלתית של נוזל העבודה. לכן, הקיטור הנכנס לטורבינה מובא לפרמטרים גבוהים: הטמפרטורה היא כמעט עד 550 מעלות צלזיוס והלחץ הוא עד 25 MPa. היעילות של TPP מגיעה ל-40%. רוב האנרגיה אובדת עם אדי הפסולת החמים.

תחנה הידרואלקטרית (HPP), קומפלקס של מבנים וציוד, שדרכו מומרת אנרגיית זרימת המים לאנרגיה חשמלית. HPP מורכב ממעגל סדרתי מבנים הידראוליים,מתן הריכוז הדרוש של זרימת המים ויצירת לחץ, וציוד כוח הממיר את אנרגיית המים הנעים בלחץ לאנרגיה מכנית של סיבוב, אשר, בתורה, מומרת לאנרגיה חשמלית.

Napor HPP נוצר על ידי ריכוז נפילת הנהר באזור המשמש ליד הסכר, או גִזרָה,או סכר וגזירה ביחד. ציוד הכוח העיקרי של תחנת הכוח ההידרואלקטרית נמצא בבניין תחנת הכוח ההידרואלקטרית: בחדר המכונות של תחנת הכוח - יחידות הידראוליות,ציוד עזר, התקני בקרה וניטור אוטומטיים; בעמדת השליטה המרכזית - קונסולת המפעיל-שולח או מפעיל תחנת כוח הידרואלקטרית.חיזוק תחנת משנה שנאיםממוקם הן בתוך מבנה תחנת הכוח והן במבנים נפרדים או בשטחים פתוחים. מתגיםלעתים קרובות ממוקם בשטח פתוח. ניתן לחלק את מבנה תחנת הכוח למקטעים עם יחידה אחת או יותר וציוד עזר, המופרדים מחלקים סמוכים של המבנה. בבניין ה-HPP או בתוכו, נוצר אתר הרכבה להרכבה ותיקון של ציוד שונים ולפעולות תחזוקה נלוות של ה-HPP.

קיבולת מותקנת (in MW)להבחין בין תחנות כוח הידרואלקטריות חָזָק(St. 250), בינוני(עד 25) ו קָטָן(עד 5). הספק של תחנת הכוח ההידרואלקטרית תלוי בלחץ (ההבדל בין מפלסי הבריכה העליונה והתחתונה ), קצב הזרימה של המים המשמשים בטורבינות הידראוליות, ויעילות היחידה ההידראולית. ממספר סיבות (עקב, למשל, שינויים עונתיים במפלס המים במאגרים, שונות בעומס מערכת החשמל, תיקון יחידות הידרואלקטריות או מבנים הידראוליים וכו'), גובה המים וזרימת המים נמצאים כל הזמן משתנה, ובנוסף, קצב הזרימה משתנה בעת ויסות הכוח של HPP. ישנם מחזורים שנתיים, שבועיים ויומיים של מצב הפעולה של HPP.

על פי הלחץ המרבי בשימוש, HPPs מחולקים ל לחץ גבוה(יותר מ-60 M), לחץ בינוני(מ-25 עד 60 M)ו לחץ נמוך(מ-3 עד 25 M).בנהרות שטוחים, הלחץ לעיתים רחוקות עולה על 100 M,בתנאים הרריים, דרך הסכר, ניתן ליצור לחצים של עד 300 Mועוד, ובעזרת גזירה - עד 1500 M.חלוקת המשנה של תחנת הכוח ההידרואלקטרית לפי הלחץ בו נעשה שימוש היא משוערת, מותנית.

על פי תכנית השימוש במשאבי מים וריכוז הלחץ, HPPs מחולקים בדרך כלל ל עָרוּץ, ליד הסכר, משאבת הסחה והסטה ללא לחץ, אחסון מעורב, שאובו שֶׁל גֵאוּת וְשֵׁפֶל.

בתחנות כוח הידרואלקטריות של תעלות וסכר, לחץ המים נוצר על ידי סכר שחוסם את הנהר ומעלה את מפלס המים במעלה הזרם. יחד עם זאת, הצפה מסוימת של עמק הנהר היא בלתי נמנעת. תחנות כוח הידרואלקטריות של זרימת נהר וכמעט סכר בנויות הן על נהרות גבוהי מים נמוכים והן על נהרות הרים, בעמקים דחוסים צרים. HPPs בריצת הנהר מאופיינים בראשים של עד 30-40 M.

בלחצים גבוהים יותר, מסתבר שלא מעשי להעביר את לחץ המים ההידרוסטטי לבניין HPP. במקרה זה, הסוג סֶכֶרתחנת הכוח ההידרואלקטרית, בה חזית הלחץ חסומה על ידי סכר לכל אורכה, מבנה תחנת הכוח ההידרואלקטרית ממוקם מאחורי הסכר, בצמוד למורד הזרם.

סוג אחר של פריסה ליד הסכרתחנת הכוח ההידרואלקטרית מתאימה לתנאים הרריים עם זרימות נהר נמוכות יחסית.

בְּ גזירהריכוז הידרואלקטרי של נפילת הנהר נוצר באמצעות גזירה; מים בתחילת הקטע המשומש של הנהר מופנים מערוץ הנחל על ידי צינור, עם שיפוע נמוך משמעותית מהשיפוע הממוצע של הנחל בקטע זה ועם יישור עיקולי הערוץ. סוף הגזירה מובא למיקום בניין HPP. מי שפכים מוחזרים לנהר או מוזנים ל-HPP ההסטה הבאה. גזירה מועילה כאשר שיפוע הנהר גבוה.

מקום מיוחד בקרב HPPs תופס על ידי תחנות כוח אגירה שאובות(PSPP) ו תחנות כוח גאות ושפל(PES). הקמת תחנת כוח אגירה שאובה נובעת מהביקוש הגובר להספק שיא במערכות אנרגיה גדולות, הקובע את כושר הייצור הנדרש לכיסוי עומסי שיא. היכולת של ה-HPP לצבור אנרגיה מבוססת על העובדה שהאנרגיה החשמלית הפנויה במערכת החשמל למשך פרק זמן מסוים משמשת את יחידות ה-HPP, הפועלות במצב משאבה, שואבות מים מהמאגר לתוך בריכת אחסון עליונה. במהלך שיאי עומס, האנרגיה המצטברת מוחזרת למערכת החשמל (מים מהאגן העליון נכנסים לצינור הלחץ ומסובבים את היחידות ההידראוליות הפועלות במצב מחולל זרם).

PES ממירים את האנרגיה של גאות ושפל בים לאנרגיה חשמלית. הכוח החשמלי של תחנות כוח הידרוגיות, בשל כמה תכונות הקשורות לאופי התקופתי של הגאות והשפל, יכול לשמש במערכות חשמל רק בשילוב עם האנרגיה של תחנות כוח מווסתות, המפצות על הפסקות חשמל של תחנות כוח גאות במהלך היום. או חודשים.

המאפיין החשוב ביותר של משאבי אנרגיה הידרומית בהשוואה למשאבי דלק ואנרגיה הוא חידושם המתמשך. לכן, הקמת תחנות כוח הידרואלקטריות, למרות השקעות ההון המשמעותיות והספציפיות ל-1 קילוואטקיבולת מותקנת ותקופות בנייה ארוכות היו והן בעלות חשיבות רבה, במיוחד כאשר היא קשורה למיקומן של תעשיות עתירות חשמל.

תחנת כוח גרעינית (NPP), תחנת כוח שבה אנרגיה אטומית (גרעינית) מומרת לאנרגיה חשמלית. מחולל החשמל בתחנת כוח גרעינית הוא כור גרעיני. החום שמשתחרר בכור כתוצאה מתגובת שרשרת של ביקוע של גרעינים של כמה יסודות כבדים, אז, ממש כמו בתחנות כוח תרמיות קונבנציונליות (TPPs), הופך לחשמל. בניגוד לתחנות כוח תרמיות הפועלות על דלק מאובנים, תחנות כוח גרעיניות פועלות דלק גרעיני(בעיקר 233U, 235U, 239Pu) נקבע כי משאבי האנרגיה העולמיים של דלק גרעיני (אורניום, פלוטוניום וכו') עולים באופן משמעותי על משאבי האנרגיה של מאגרי טבע של דלק אורגני (נפט, פחם, גז טבעי וכו'. ). הדבר פותח סיכויים רחבים למתן מענה לביקוש הגובר במהירות לדלק, בנוסף, יש צורך לקחת בחשבון את הצריכה ההולכת וגוברת של פחם ונפט למטרות טכנולוגיות של התעשייה הכימית העולמית, שהופכת למתחרה רצינית לתרמית. תחנות כוח. למרות גילוי מרבצים חדשים של דלק אורגני ושיפור שיטות הפקתו, יש בעולם נטייה לעלייה יחסית בעלותו. זה יוצר את התנאים הקשים ביותר עבור מדינות עם עתודות מוגבלות של דלקים מאובנים. יש צורך ברור בפיתוח מהיר של אנרגיה גרעינית, שכבר תופסת מקום נכבד במאזן האנרגיה של מספר מדינות תעשייתיות בעולם.

תרשים סכמטי של תחנת כוח גרעינית עם כור גרעיני מקורר מים מוצג באיור. 2.חום שנוצר ב הליבהכור נוזל קירור,נלקח על ידי מים של מעגל 1, אשר נשאבים דרך הכור ע"י משאבת סירקולציה. המים המחוממים מהכור נכנסים למחליף החום (מחולל קיטור) 3, שם הוא מעביר את החום המתקבל בכור למים של המעגל השני. מים מהמעגל השני מתאדים במחולל הקיטור, ונוצר אדים שנכנסים לטורבינה. 4.

לרוב, 4 סוגים של כורי נויטרונים תרמיים משמשים בתחנות כוח גרעיניות:

1) מים-מים עם מים רגילים כמנחה ונוזל קירור;

2) מי גרפיט עם נוזל קירור מים ומנחה גרפיט;

3) מים כבדים עם נוזל קירור מים ומים כבדים כמנחה;

4) גרפיטו - גז עם נוזל קירור גז ומנחה גרפיט.

הבחירה בסוג הכור המשמש בעיקר נקבעת בעיקר על פי הניסיון המצטבר בכור המוביל, כמו גם הזמינות של הציוד התעשייתי הדרוש, חומרי הגלם וכו'.

הכור והמערכות התומכות בו כוללים: הכור עצמו עם הגנה ביולוגית , מחליפי חום, משאבות או מתקני ניפוח גז המזרימים את נוזל הקירור, צינורות ואביזרים למחזור המעגל, מכשירים לטעינת דלק גרעיני, מערכות אוורור מיוחד, קירור חירום וכו'.

כדי להגן על אנשי תחנת הכוח הגרעינית מחשיפה לקרינה, הכור מוקף בהגנה ביולוגית, שהחומר העיקרי עבורו הוא בטון, מים, חול סרפנטין. ציוד מעגל הכור חייב להיות אטום לחלוטין. מסופקת מערכת לניטור מקומות הדליפה האפשרית של נוזל הקירור, אמצעים ננקטים כך שהופעת דליפות ושברים במעגל לא יובילו לפליטות רדיואקטיביות ולזיהום של שטחי ה- NPP והסביבה. אוויר רדיואקטיבי וכמות קטנה של אדי נוזל קירור, עקב נוכחות דליפות מהמעגל, מוסרים מהמתחם ללא השגחה של NPP על ידי מערכת אוורור מיוחדת, שבה, כדי למנוע את האפשרות של זיהום אטמוספרי, מסנני טיהור והחזקה מחזיקי גז מסופקים. שירות הבקרה הדוסימטרית מפקח על הציות לכללי בטיחות הקרינה על ידי אנשי ה- NPP.

זמינות של מיגון ביולוגי, מערכות אוורור מיוחדות וקירור חירום, ושירות בקרה דוסימטרית מאפשרת להגן לחלוטין על אנשי תחזוקה NPP מפני ההשפעות המזיקות של חשיפה רדיואקטיבית.

לתחנות כוח גרעיניות, שהן הסוג המודרני ביותר של תחנות כוח, יש מספר יתרונות משמעותיים על פני סוגים אחרים של תחנות כוח: בתנאי הפעלה רגילים, הן לחלוטין אינן מזהמות את הסביבה, אינן מצריכות התקשרות למקור חומרי גלם. ובהתאם, ניתן למקם כמעט בכל מקום. ליחידות הכוח החדשות קיבולת כמעט שווה לקיבולת של תחנת כוח הידרואלקטרית ממוצעת, אולם מקדם ניצול ההספק המותקן בתחנות כוח גרעיניות (80%) עולה באופן משמעותי על אינדיקטור זה בתחנות כוח הידרואלקטריות או תחנות כוח תרמיות.

אין למעשה חסרונות משמעותיים של תחנות כוח גרעיניות בתנאי תפעול רגילים. עם זאת, אי אפשר שלא להבחין בסכנה של תחנות כוח גרעיניות במקרה של נסיבות כוח עליון אפשריות: רעידות אדמה, הוריקנים וכו' - כאן דגמים ישנים של יחידות כוח מהווים סכנה פוטנציאלית של זיהום קרינה של שטחים עקב התחממות יתר בלתי מבוקרת של הכור.

מקורות אנרגיה חלופיים.

אנרגיה של שמש.

לאחרונה, העניין בבעיית השימוש באנרגיה סולארית גדל באופן דרמטי, מכיוון שהפוטנציאל לאנרגיה המבוססת על שימוש בקרינת שמש ישירה הוא גבוה ביותר.

הקולט הפשוט ביותר של קרינת השמש הוא יריעת מתכת מושחרת (בדרך כלל אלומיניום), שבתוכה יש צינורות עם נוזל שמסתובב בתוכו. מחומם על ידי אנרגיית השמש הנספגת בקולט, הנוזל מסופק לשימוש ישיר.

אנרגיה סולארית היא אחד מסוגי הפקת האנרגיה עתירי החומרים ביותר. השימוש באנרגיה סולארית בקנה מידה גדול כרוך בגידול עצום בצורך בחומרים, וכתוצאה מכך, במשאבי עבודה להפקת חומרי גלם, העשרה שלהם, ייצור חומרים, ייצור הליוסטטים, קולטים, ציוד אחר, וההסעה שלהם.

עד כה, האנרגיה החשמלית הנוצרת מקרני השמש יקרה בהרבה מזו המתקבלת בשיטות מסורתיות. המדענים מקווים שהניסויים שהם יבצעו במפעלי פיילוט ובתחנות יסייעו לפתור לא רק בעיות טכניות אלא גם כלכליות.

אנרגיית רוח.

אנרגיה עצומה של מסות אוויר נעות. העתודות של אנרגיית הרוח גדולות יותר מפי מאה ממאגרי האנרגיה של כל נהרות הפלנטה. הרוחות נושבות ללא הרף ובכל מקום על פני כדור הארץ. תנאי האקלים מאפשרים פיתוח של אנרגיית רוח בשטח עצום.

כיום, מנועי רוח מכסים רק אלפית מצרכי האנרגיה בעולם. לכן, בוני מטוסים המסוגלים לבחור את פרופיל הלהב המתאים ביותר ולחקור אותו במנהרת רוח, מעורבים ביצירת מבני גלגלי רוח - לב ליבה של כל תחנת כוח רוח. באמצעות מאמציהם של מדענים ומהנדסים, נוצר מגוון רחב של עיצובים של טורבינות רוח מודרניות.

אנרגיית כדור הארץ.

מאז ימי קדם, אנשים ידעו על הביטויים היסודיים של האנרגיה הענקית האורבת בגלובוס תת-האדמה. הזיכרון של האנושות שומר על אגדות על התפרצויות געשיות קטסטרופליות שגבו מיליוני חיי אדם, ושינו ללא הכר את המראה של מקומות רבים על פני כדור הארץ. כוחה של התפרצות אפילו של הר געש קטן יחסית הוא אדיר, הוא גדול פי כמה מכוחן של תחנות הכוח הגדולות ביותר שנוצרו בידי אדם. נכון, אין צורך לדבר על השימוש הישיר באנרגיה של התפרצויות געשיות, עד כה אין לאנשים את ההזדמנות לרסן את היסוד הסורר הזה.

האנרגיה של כדור הארץ מתאימה לא רק לחימום חלל, כפי שקורה באיסלנד, אלא גם לייצור חשמל, תחנות כוח המשתמשות במקורות תת-קרקעיים חמים פועלות כבר זמן רב. תחנת הכוח הראשונה כזו, שעדיין די נמוכה בהספק, נבנתה בשנת 1904 בעיירה האיטלקית הקטנה לדרלו. בהדרגה גדלה קיבולת תחנת הכוח, יותר ויותר יחידות חדשות נכנסו לפעולה, נעשה שימוש במקורות חדשים של מים חמים, וכיום הספק התחנה כבר הגיע לשווי מרשים של 360 אלף קילוואט.

העברת כוח.

רוֹבּוֹטרִיקִים.

רכשת מקרר ZIL. המוכר הזהיר אותך שהמקרר מיועד למתח רשת של 220 V. האם יש לך בבית מתח רשת של 127 V. בכלל לא. אתה רק צריך לעשות עלות נוספת ולרכוש שנאי.

שַׁנַאי- מכשיר פשוט מאוד המאפשר להעלות ולהוריד את המתח. המרת AC מתבצעת בעזרת שנאים. בפעם הראשונה, שנאים שימשו בשנת 1878 על ידי השהיד הרוסי פ.נ. יבלוצ'קוב כדי להפעיל את "הנרות החשמליים" שהמציא, מקור אור חדש באותה תקופה. הרעיון של P. N. Yablochkov פותח על ידי I. F. Usagin, עובד אוניברסיטת מוסקבה, שתכנן שנאים משופרים.

השנאי מורכב מליבת ברזל סגורה, שעליה מניחים שני סלילים (לפעמים יותר) עם פיתולי תיל (איור 1). אחת הפיתולים, הנקראת הפיתול הראשוני, מחוברת למקור מתח AC. הפיתול השני, אליו מחובר ה"עומס", כלומר מכשירים ומכשירים הצורכים חשמל, נקרא משני.

איור 1 איור 2

התרשים של המכשיר של שנאי עם שתי פיתולים מוצג באיור 2, והייעוד הקונבנציונלי שאומץ עבורו הוא באיור. 3.

פעולת השנאי מבוססת על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית. כאשר עובר זרם חילופין דרך הפיתול הראשוני, מופיע בליבת הברזל שטף מגנטי לסירוגין, אשר מעורר את ה-EMF האינדוקציה בכל פיתול. יתרה מכך, הערך המיידי של EMF האינדוקציה הבכל סיבוב של הפיתול הראשוני או המשני לפי חוק פאראדיי נקבע על ידי הנוסחה:

ה = -Δ F/Δ ט

אם ו= Ф0сosωt, אם כן

e = ω Ф0חטאω ט, או

ה =החטאω ט,

איפה ה\u003d ω Ф0 - משרעת ה-EMF בסיבוב אחד.

בפיתול הראשוני שיש n1סיבובים, אינדוקציה מוחלטת emf ה1 שווה ל p1e.

בפיתול המשני, יש emf כולל. ה2שווה ל p2e,איפה p2הוא מספר הסיבובים של פיתול זה.

מכאן נובע מכך

ה1 e2 = p1p2. (1)

כמות מתח u1 , מוחל על הפיתול הראשוני, וה-EMF ה1 צריך להיות שווה למפל המתח בפיתול הראשוני:

u1 + ה1 = אני1 ר1 , איפה ר1 הוא ההתנגדות הפעילה של הפיתול, ו אני1 הוא הזרם בו. משוואה זו נובעת ישירות מהמשוואה הכללית. בדרך כלל ההתנגדות הפעילה של הפיתול קטנה והמונח אני1 ר1 ניתן להזניח. בגלל זה

u1 ≈ -ה1 . (2)

כאשר הפיתול המשני של השנאי פתוח, הזרם אינו זורם בו, והיחס מתרחש:

u2 ≈ - ה2 . (3)

מאז הערכים המיידיים של ה-EMF ה1 ו ה2 שינוי בשלב, אז ניתן להחליף את היחס שלהם בנוסחה (1) ביחס של ערכים אפקטיביים ה1 וה2 EMFs אלה או, בהתחשב בשוויון (2) ו- (3), היחס בין הערכים האפקטיביים של המתחים U 1 ואתה 2 .

U 1 /U 2 = ה1 / ה2 = נ1 / נ2 = ק. (4)

ערך קנקרא יחס הטרנספורמציה. אם ק> 1, אז השנאי הוא צעד למטה, עם ק<1 - גָדֵל.

כאשר המעגל של הפיתול המשני סגור, זרם זורם בו. ואז היחס u2 ≈ - ה2 כבר לא מרוצה בדיוק, ובהתאם, הקשר בין U 1 ואתה 2 הופך מורכב יותר מאשר במשוואה (4).

על פי חוק שימור האנרגיה, ההספק במעגל הראשוני חייב להיות שווה להספק במעגל המשני:

U 1 אני1 = U 2 אני2, (5)

איפה אני1 ו אני2 - הערכים האפקטיביים של הכוח בפיתולים הראשוניים והמשניים.

מכאן נובע מכך

U 1 /U 2 = אני1 / אני2 . (6)

המשמעות היא שעל ידי הגדלת המתח מספר פעמים בעזרת שנאי, נפחית את הזרם באותו מספר פעמים (ולהיפך).

בשל הפסדי האנרגיה הבלתי נמנעים עקב יצירת חום בפיתולים ובליבת הברזל, משוואות (5) ו- (6) מתקיימות בערך. עם זאת, בשנאים מודרניים בעלי הספק גבוה, סך ההפסדים אינם עולים על 2-3%.

בתרגול יומיומי, לעתים קרובות אתה צריך להתמודד עם שנאים. בנוסף לאותם שנאים שאנו משתמשים בהם מרצונם הודות לעובדה שמכשירים תעשייתיים מיועדים למתח אחד, ואחר משמש ברשת העירונית, מלבדם, אנו צריכים להתמודד עם סלילי רכב. הסליל הוא שנאי שלב. כדי ליצור ניצוץ המצית את תערובת העבודה, נדרש מתח גבוה, אותו אנו מקבלים מהמצבר של הרכב, לאחר שהמרנו קודם לכן את הזרם הישר של המצבר לזרם חילופין באמצעות מפסק, קל להבין שעד לאובדן של אנרגיה המשמשת לחימום השנאי, במתח עולה, הזרם יורד, ולהיפך.

מכונות ריתוך דורשות שנאי ירידה. ריתוך דורש זרמים גבוהים מאוד, ולשנאי של מכונת הריתוך יש רק סיבוב פלט אחד.

בטח שמתם לב שליבת השנאי עשויה מיריעות פלדה דקות. זה נעשה על מנת לא לאבד אנרגיה בעת המרת מתח. בחומר גיליון, זרמי מערבולת ישחקו תפקיד פחות מאשר בחומר מתמשך.

בבית מתעסקים בשנאים קטנים. לגבי שנאים חזקים, הם מבנים ענקיים. במקרים אלה, הליבה עם פיתולים ממוקמת במיכל מלא בשמן קירור.

העברת כוח

צרכני החשמל נמצאים בכל מקום. הוא מיוצר במקומות מעטים יחסית הקרובים למקורות דלק ומשאבי מים. לכן יש צורך בהעברת חשמל למרחקים, לעיתים עד למאות קילומטרים.

אבל העברת חשמל למרחקים ארוכים קשורה להפסדים משמעותיים. העובדה היא שזרם דרך קווי חשמל, הזרם מחמם אותם. בהתאם לחוק ג'ול-לנץ, האנרגיה המושקעת בחימום החוטים של הקו נקבעת על ידי הנוסחה

כאשר R הוא התנגדות הקו. עם תור ארוך, הילוך כוח יכול להפוך בדרך כלל ללא רווחי מבחינה כלכלית. כדי להפחית את ההפסדים, אתה יכול, כמובן, ללכת בדרך של הפחתת ההתנגדות R של הקו על ידי הגדלת שטח החתך של החוטים. אבל כדי להפחית את R, למשל, בפקטור של 100, יש להגדיל גם את מסת החוט בפקטור של 100. ברור שלא ניתן לאפשר הוצאה כה גדולה של מתכת לא ברזלית יקרה, שלא לדבר על הקשיים בקיבוע חוטים כבדים על תרנים גבוהים וכו'. לכן, הפסדי האנרגיה בקו מצטמצמים בדרך אחרת: על ידי הפחתת הזרם. בשורה. לדוגמה, ירידה בזרם בפקטור של 10 מפחיתה את כמות החום המשתחררת במוליכים פי 100, כלומר, מושגת אותה השפעה כמו משקל פי מאה של החוט.

מכיוון שההספק הנוכחי הוא פרופורציונלי למכפלת עוצמת הזרם והמתח, על מנת לשמור על ההספק המועבר, יש צורך להגביר את המתח בקו ההולכה. יתר על כן, ככל שקו ההולכה ארוך יותר, כך משתלם יותר להשתמש במתח גבוה יותר. כך, למשל, בקו ההולכה במתח גבוה Volzhskaya HPP - מוסקבה, משתמשים במתח של 500 קילו וולט. בינתיים, גנרטורים של זרם חילופין בנויים עבור מתחים שאינם עולים על 16-20 קילו וולט, שכן מתח גבוה יותר ידרוש נקיטת אמצעים מיוחדים מורכבים יותר לבידוד הפיתולים וחלקים אחרים של הגנרטורים.

לכן, שנאים עולים מותקנים בתחנות כוח גדולות. השנאי מגביר את המתח בקו באותה מידה שהוא מפחית את הזרם. הפסדי החשמל קטנים.

לשימוש ישיר בחשמל במנועי ההנעה החשמלית של כלי מכונות, רשת התאורה ולמטרות אחרות, יש להפחית את המתח בקצוות הקו. זה מושג באמצעות שנאים מטה. יתרה מכך, בדרך כלל ירידה במתח ובהתאם לכך, עלייה בחוזק הזרם מתרחשת במספר שלבים. בכל שלב, המתח הולך וקטן, השטח המכוסה על ידי רשת החשמל הולך ומתרחב. תוכנית ההולכה וההפצה של חשמל מוצגת באיור.

תחנות חשמל במספר אזורי הארץ מחוברות בקווי הולכה במתח גבוה, היוצרים רשת חשמל משותפת אליה מחוברים הצרכנים. אסוציאציה כזו נקראת מערכת חשמל. מערכת החשמל מבטיחה אספקת אנרגיה ללא הפרעה לצרכנים, ללא קשר למיקומם.

שימוש בחשמל.

השימוש בחשמל בתחומי מדע שונים.

המאה העשרים הפכה למאה שבה המדע פולש לכל תחומי החברה: כלכלה, פוליטיקה, תרבות, חינוך וכו'. מטבע הדברים, המדע משפיע ישירות על התפתחות האנרגיה ועל היקף החשמל. מצד אחד, המדע תורם להרחבת היקף האנרגיה החשמלית ובכך מגדיל את צריכתה, אך מצד שני, בעידן שבו שימוש בלתי מוגבל במשאבי אנרגיה בלתי מתחדשים מהווה סכנה לדורות הבאים, הפיתוח של טכנולוגיות חיסכון באנרגיה ויישומה הופכים למשימות אקטואליות של המדע.

הבה נשקול את השאלות הללו על דוגמאות ספציפיות. כ-80% מצמיחת התמ"ג (תוצר מקומי גולמי) במדינות המפותחות מושגת באמצעות חדשנות טכנית, מרביתה קשורה לשימוש בחשמל. כל מה שחדש בתעשייה, בחקלאות ובחיי היומיום מגיע אלינו הודות להתפתחויות חדשות בענפי המדע השונים.

רוב ההתפתחויות המדעיות מתחילות בחישובים תיאורטיים. אבל אם במאה התשע עשרה חישובים אלו נעשו באמצעות עט ונייר, הרי בעידן המהפכה המדעית והטכנולוגית (המהפכה המדעית והטכנולוגית), נעשים כל החישובים התיאורטיים, הבחירה והניתוח של נתונים מדעיים ואפילו ניתוח לשוני של יצירות ספרותיות. באמצעות מחשבים (מחשבים אלקטרוניים) העובדים על אנרגיה חשמלית, הנוחה ביותר לשידורה למרחק ולשימוש. אבל אם מחשבים שימשו במקור לחישובים מדעיים, עכשיו המחשבים התעוררו לחיים מהמדע.

כעת הם משמשים בכל תחומי הפעילות האנושית: לרישום ואחסון מידע, יצירת ארכיונים, הכנה ועריכה של טקסטים, ביצוע עבודות רישום וגרפיקה, אוטומציה של ייצור וחקלאות. האלקטרוניזציה והאוטומציה של הייצור הן ההשלכות החשובות ביותר של המהפכה "התעשייתית השנייה" או ה"מיקרואלקטרונית" בכלכלות של מדינות מפותחות. התפתחות האוטומציה המשולבת קשורה ישירות למיקרו-אלקטרוניקה, ששלב חדש מבחינה איכותית החל לאחר המצאת המיקרו-מעבד ב-1971 - התקן לוגי מיקרו-אלקטרוני המובנה במכשירים שונים כדי לשלוט על פעולתם.

מיקרו-מעבדים האיצו את צמיחת הרובוטיקה. רוב הרובוטים הנמצאים בשימוש כיום שייכים למה שנקרא הדור הראשון, ומשמשים בריתוך, חיתוך, כבישה, ציפוי וכו'. הרובוטים מהדור השני שמחליפים אותם מצוידים במכשירים לזיהוי הסביבה. רובוטים - "אינטלקטואלים" מהדור השלישי "יראו", "ירגישו", "ישמעו". מדענים ומהנדסים מבין תחומי היישום המועדפים ביותר של רובוטים מכנים אנרגיה גרעינית, חקר חלל, תחבורה, מסחר, אחסנה, טיפול רפואי, עיבוד פסולת, פיתוח העושר של קרקעית האוקיינוס. רוב הרובוטים פועלים על אנרגיה חשמלית, אך העלייה בצריכת החשמל של הרובוטים מתקזזת על ידי עלויות אנרגיה נמוכות יותר בתהליכי ייצור עתירי אנרגיה רבים באמצעות הכנסת שיטות יעילות יותר ותהליכים טכנולוגיים חדשים לחיסכון באנרגיה.

אבל בואו נחזור למדע.כל הפיתוחים התיאורטיים החדשים מאומתים בניסוי לאחר חישובים במחשב. וככלל, בשלב זה מתבצע מחקר בעזרת מדידות פיזיקליות, ניתוחים כימיים וכו'. כאן, מכשירי המחקר המדעי מגוונים - מכשירי מדידה רבים, מאיצים, מיקרוסקופים אלקטרוניים, טומוגרפים תהודה מגנטית וכו'. החלק העיקרי של מכשירי המדע הניסיוניים הללו פועל על אנרגיה חשמלית.

המדע בתחום התקשורת והתקשורת מתפתח במהירות רבה. תקשורת לווין משמשת לא רק כאמצעי תקשורת בינלאומי, אלא גם בחיי היומיום – צלחות לוויין אינן נדירות בעירנו. אמצעי תקשורת חדשים, כמו טכנולוגיית סיבים, יכולים לצמצם משמעותית את אובדן החשמל בתהליך העברת אותות למרחקים ארוכים.

המדע לא עקף את תחום הניהול. עם התפתחות המהפכות המדעיות והטכניות, הרחבת תחומי הייצור והאי-ייצור של הפעילות האנושית, ההנהלה מתחילה לשחק תפקיד חשוב יותר ויותר בשיפור היעילות שלהם. ממעין אמנות, עד לא מזמן מבוססת על ניסיון ואינטואיציה, היום הניהול הפך למדע. מדע הניהול, של החוקים הכלליים של קבלה, אחסון, שידור ועיבוד מידע נקרא קיברנטיקה. מונח זה בא מהמילים היווניות "הגאי", "הגאי".הוא נמצא בכתביהם של פילוסופים יוונים עתיקים. עם זאת, לידתו החדשה התרחשה למעשה ב-1948, לאחר פרסום הספר Cybernetics מאת המדען האמריקאי נורברט ווינר.

לפני תחילת המהפכה ה"קיברנטית" היה רק ​​מדעי המחשב מנייר, שאמצעי התפיסה העיקרי שלו היה המוח האנושי, ואשר לא השתמש בחשמל. המהפכה ה"קיברנטית" הולידה משהו שונה מהותית - אינפורמטיקה של מכונה, התואמת זרימות מידע מוגברות בענק, שמקור האנרגיה עבורו הוא חשמל. נוצרו אמצעים חדשים לחלוטין להשגת מידע, הצטברותו, עיבודו והעברתו, אשר יחדיו נוצרו. יוצרים מבנה מידע מורכב. הוא כולל מערכות בקרה אוטומטיות (מערכות בקרה אוטומטיות), מאגרי מידע, בסיסי מידע אוטומטיים, מרכזי מחשבים, מסופי וידאו, מכונות צילום ומכונות צילום, מערכות מידע לאומיות, מערכות תקשורת לווייניות ומערכות תקשורת סיבים אופטיים במהירות גבוהה - כל זה התרחב ללא הגבלה היקף השימוש בחשמל.

מדענים רבים מאמינים שבמקרה זה אנו מדברים על תרבות "מידע" חדשה, המחליפה את הארגון המסורתי של החברה מסוג תעשייתי. התמחות זו מאופיינת בתכונות החשובות הבאות:

· שימוש נרחב בטכנולוגיית מידע בייצור חומרי ולא חומרי, בתחום המדע, החינוך, הבריאות וכו';

· נוכחות של רשת רחבה של מאגרי מידע שונים, לרבות שימוש ציבורי;

· הפיכת המידע לאחד הגורמים החשובים ביותר של התפתחות כלכלית, לאומית ואישית;

תנועה חופשית של מידע בחברה.

מעבר כזה מחברה תעשייתית ל"ציוויליזציית מידע" התאפשר במידה רבה בזכות התפתחות האנרגיה ומתן סוג נוח של אנרגיה בהולכה ובשימוש - אנרגיה חשמלית.

חשמל בייצור.

אי אפשר לדמיין את החברה המודרנית ללא חשמול של פעילויות הייצור. כבר בסוף שנות ה-80, יותר מ-1/3 מכלל צריכת האנרגיה בעולם התבצעה בצורה של אנרגיה חשמלית. עד תחילת המאה הבאה, שיעור זה עשוי לעלות ל-1/2. גידול כזה בצריכת החשמל קשור בעיקר לעלייה בצריכתו בתעשייה. החלק העיקרי של מפעלים תעשייתיים פועל על אנרגיה חשמלית. צריכת חשמל גבוהה אופיינית לתעשיות עתירות אנרגיה כגון תעשיות מתכות, אלומיניום ובניית מכונות.

חשמל ביתי.

חשמל הוא עוזר הכרחי בחיי היומיום. כל יום אנו מתמודדים עם זה, וכנראה, איננו יכולים לדמיין את חיינו בלעדיו. תזכור את הפעם האחרונה שכיבית את האור, כלומר הבית שלך לא קיבל חשמל, תזכור איך נשבעת שאין לך זמן לכלום ואתה צריך אור, אתה צריך טלוויזיה, קומקומים ועוד שלל חשמל מכשירים. אחרי הכל, אם נהיה חסרי אנרגיה לנצח, אז פשוט נחזור לאותן זמנים קדומים שבהם אוכל בושל על אש וחי בוויגוואמים קרים.

חשיבות החשמל בחיינו יכולה להיות שיר שלם, הוא כל כך חשוב בחיינו וכל כך התרגלנו אליו. אמנם אנחנו כבר לא שמים לב שזה מגיע לבתים שלנו, אבל כשהוא כבוי זה הופך להיות מאוד לא נוח.

מעריך את החשמל!

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה.

1. ספר לימוד מאת S.V. Gromov "פיסיקה, כיתה י'". מוסקבה: הארה.

2. מילון אנציקלופדי של פיזיקאי צעיר. מתחם. V.A. צ'ויאנוב, מוסקבה: פדגוגיה.

3. Ellion L., Wilkons U ... פיזיקה. מוסקבה: נאוקה.

4. KoltunM. עולם הפיזיקה. מוסקבה.

5. מקורות אנרגיה. עובדות, בעיות, פתרונות. מוסקבה: מדע וטכנולוגיה.

6. מקורות אנרגיה לא מסורתיים. מוסקבה: ידע.

7. Yudasin L.S. Energy: בעיות ותקוות. מוסקבה: הארה.

8. פודגורי א.נ. אנרגיית מימן. מוסקבה: נאוקה.

ייצור החשמל בעולם כיום משחק תפקיד עצום. זוהי הליבה של כלכלת המדינה של כל מדינה. סכומי כסף עצומים מושקעים מדי שנה בייצור ושימוש בחשמל ובמחקר מדעי הקשור אליו. בחיי היומיום, אנו מתמודדים כל הזמן עם פעולתו, ולכן לאדם מודרני צריך להיות מושג לגבי התהליכים העיקריים של הייצור והצריכה שלו.

איך מתקבל חשמל

ייצור החשמל מתבצע משאר סוגיו בעזרת מכשירים מיוחדים. למשל, מ-kinetic. לשם כך משתמשים בגנרטור - מכשיר הממיר עבודה מכנית לאנרגיה חשמלית.

שיטות קיימות נוספות לייצורו הן, למשל, המרה של קרינת טווח האור על ידי תאים פוטו או סוללה סולארית. או ייצור חשמל על ידי תגובה כימית. או השתמש בפוטנציאל של ריקבון רדיואקטיבי או נוזל קירור.

הוא מיוצר בתחנות כוח, שהן הידראוליות, גרעיניות, תרמיות, סולאריות, רוח, גיאותרמיות וכו'. ביסודו של דבר, כולם עובדים על פי אותה סכימה - בשל האנרגיה של המוביל הראשוני, מכשיר מסוים מייצר מכנית (אנרגיה סיבובית), אשר מועברת לאחר מכן לגנרטור מיוחד, שבו נוצר זרם חשמלי.

סוגים עיקריים של תחנות כוח

ייצור וחלוקת החשמל ברוב המדינות מתבצע באמצעות הקמה והפעלה של תחנות כוח תרמיות - תחנות כוח תרמיות. הפעלתם מצריכה אספקה ​​גדולה של דלק אורגני, שהתנאים לו הופכים קשים יותר משנה לשנה, והעלות הולכת וגדלה. מקדם ההחזר השימושי של דלק בתחנות כוח תרמיות אינו גבוה מדי (בתוך 40%), ומספר הפסולת המזוהמת סביבתית גדול.

כל הגורמים הללו מפחיתים את הסיכויים לשיטת ייצור כזו.

החסכוני ביותר הוא ייצור חשמל על ידי תחנות כוח מים (HPPs). היעילות שלהם מגיעה ל-93%, העלות של 1 קילוואט לשעה זולה פי חמישה משיטות אחרות. מקור האנרגיה הטבעי של תחנות כאלה הוא כמעט בלתי נדלה, מספר העובדים מזערי, והן קלות לניהול. המדינה שלנו היא מובילה מוכרת בפיתוח התעשייה הזו.

למרבה הצער, קצב הפיתוח מוגבל על ידי העלויות החמורות וזמן הבנייה הארוך של תחנות כוח הידרואלקטריות הקשורות בריחוקן מערים גדולות וכבישים מהירים, המשטר העונתי של הנהרות ותנאי העבודה הקשים.

בנוסף, מאגרי ענק מחמירים את המצב האקולוגי - הם מציפים אדמות יקרות סביב מאגרים.

שימוש באנרגיה אטומית

כיום, הייצור, ההולכה והשימוש בחשמל מתבצעים על ידי תחנות כוח גרעיניות - תחנות כוח גרעיניות. הם מסודרים כמעט על אותו עיקרון כמו אלה תרמיים.

היתרון העיקרי שלהם הוא כמות הדלק הקטנה הנדרשת. קילוגרם של אורניום מועשר שווה ערך ל-2.5 אלף טון פחם מבחינת התפוקה שלו. זו הסיבה שבאופן תיאורטי ניתן לבנות תחנות כוח גרעיניות בכל אזור, ללא קשר לזמינות משאבי הדלק הסמוכים.

כיום, עתודות האורניום על פני כדור הארץ גדולות בהרבה מאלו של דלק מינרלי, וההשפעה של תחנות כוח גרעיניות על הסביבה היא מינימלית אם הן פועלות ללא תאונות.

חיסרון עצום וחמור של תחנות כוח גרעיניות הוא הסבירות לתאונה איומה עם השלכות בלתי צפויות, ולכן נדרשים אמצעי בטיחות חמורים ביותר לפעולתם הבלתי פוסקת. בנוסף, קשה להסדיר את ייצור החשמל בתחנות כוח גרעיניות - הן להפעלתן והן להשבתה מוחלטת זה ייקח מספר שבועות. ואין כמעט טכנולוגיות לסילוק פסולת מסוכנת.

מהו גנרטור חשמלי

ייצור והולכה של חשמל אפשרי הודות לגנרטור חשמלי. זהו מכשיר להמרת כל סוג של אנרגיה (תרמית, מכנית, כימית) לאנרגיה חשמלית. עקרון פעולתו מבוסס על תהליך של אינדוקציה אלקטרומגנטית. EMF מושרה במוליך שנע בשדה מגנטי, חוצה את קווי הכוח המגנטיים שלו. לפיכך, המוליך יכול לשמש מקור חשמל.

הבסיס של כל גנרטור הוא מערכת של אלקטרומגנטים היוצרים שדה מגנטי ומוליכים שחוצים אותו. רוב האלטרנטורים מבוססים על שימוש בשדה מגנטי מסתובב. החלק הקבוע שלו נקרא הסטטור, החלק הנייד נקרא הרוטור.

הרעיון של שנאי

שנאי הוא מכשיר סטטי אלקטרומגנטי שנועד להמיר מערכת זרם אחת למערכת אחרת (משנית) באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית.

השנאים הראשונים בשנת 1876 הוצעו על ידי P. N. Yablochkov. בשנת 1885, מדענים הונגרים פיתחו מכשירים חד פאזיים תעשייתיים. בשנים 1889-1891. שנאי תלת פאזי שהומצא.

השנאי החד-פאזי הפשוט ביותר מורכב מליבת פלדה וזוג פיתולים. הם משמשים להפצה והולכה של חשמל, מכיוון שהגנרטורים של תחנות כוח מייצרים אותו במתח של 6 עד 24 קילוואט. כדאי לשדר אותו בערכים גבוהים (מ-110 עד 750 קילוואט). לשם כך מותקנים שנאים עולים בתחנות כוח.

איך משתמשים בחשמל

חלק הארי שלה הולך לאספקת חשמל למפעלי תעשייה. הייצור צורך עד 70% מכלל החשמל המיוצר במדינה. נתון זה משתנה באופן משמעותי לאזורים בודדים, בהתאם לתנאי האקלים ולרמת הפיתוח התעשייתי.

סעיף הוצאה נוסף הוא אספקת התחבורה החשמלית. תחנות משנה של תחבורה חשמלית עירונית, בין עירונית, תעשייתית באמצעות זרם ישר פועלות מרשתות החשמל של ה-EPS. להובלה על זרם חילופין, נעשה שימוש בתחנות משנה מטה, אשר צורכות גם את האנרגיה של תחנות כוח.

מגזר נוסף של צריכת חשמל הוא אספקת משקי הבית. הצרכנים כאן הם בניינים של אזורי מגורים של כל התנחלויות. מדובר בבתים ודירות, בנייני משרדים, חנויות, מוסדות חינוך, מדע, תרבות, בריאות, הסעדה ציבורית וכו'.

איך העברת החשמל

הייצור, ההולכה והשימוש בחשמל הם שלושת עמודי התווך של התעשייה. יתרה מכך, העברת הכוח המתקבל לצרכנים היא המשימה הקשה ביותר.

היא "נוסעת" בעיקר דרך קווי חשמל - קווי חשמל עיליים. אם כי קווי כבלים נמצאים בשימוש יותר ויותר.

חשמל מופק על ידי יחידות חזקות של תחנות כוח ענקיות, וצרכניו הם מקלטים קטנים יחסית הפזורים על פני שטח עצום.

ישנה נטייה לרכז את היכולות, בשל העובדה שעם הגידול שלהן יורדות העלויות היחסיות של בניית תחנות כוח, וכתוצאה מכך גם עלות הקילו-וואט-שעה הנובעת מכך.

מתחם אנרגיה מאוחד

מספר גורמים משפיעים על ההחלטה על מיקום תחנת כוח גדולה. אלו הם סוג וכמות המשאבים הזמינים, זמינות התחבורה, תנאי האקלים, הכללה במערכת אנרגיה אחת ועוד. לרוב, תחנות כוח נבנות רחוק ממרכזי צריכת אנרגיה גדולים. יעילות ההעברה שלו על פני מרחקים ניכרים משפיעה על תפעול מוצלח של מתחם אנרגיה יחיד של טריטוריה עצומה.

הייצור וההעברה של חשמל צריכים להתרחש עם כמות מינימלית של הפסדים, שהסיבה העיקרית להם היא חימום החוטים, כלומר, עלייה באנרגיה הפנימית של המוליך. כדי לשמור על הכוח המועבר למרחקים ארוכים, יש צורך להגדיל באופן פרופורציונלי את המתח ולהפחית את עוצמת הזרם בחוטים.

מהו קו מתח

חישובים מתמטיים מראים שכמות ההפסדים בחוטים לחימום עומדת ביחס הפוך לריבוע המתח. לכן החשמל מועבר למרחקים ארוכים באמצעות קווי מתח - קווי מתח גבוה. בין החוטים שלהם מחושב המתח בעשרות, ולפעמים במאות אלפי וולט.

תחנות כוח הממוקמות קרוב זו לזו משולבות למערכת חשמל אחת בדיוק בעזרת קווי חשמל. ייצור החשמל ברוסיה והולכתו מתבצעים באמצעות רשת אנרגיה מרכזית, הכוללת מספר עצום של תחנות כוח. ניהול מערכת מאוחדת מבטיח אספקה ​​מתמדת של חשמל לצרכנים.

קצת היסטוריה

כיצד נוצרה רשת החשמל המאוחדת בארצנו? בואו ננסה להסתכל אל העבר.

עד 1917, ייצור החשמל ברוסיה התבצע בקצב לא מספיק. המדינה פיגרה אחרי שכנותיה המפותחות, מה שהשפיע לרעה על הכלכלה ועל יכולת ההגנה.

לאחר מהפכת אוקטובר, הפרויקט לחשמול רוסיה פותח על ידי הוועדה הממלכתית לחשמול רוסיה (בקיצור GOELRO), בראשות ג.מ. קרז'יזנובסקי. יותר מ-200 מדענים ומהנדסים שיתפו איתה פעולה. הבקרה בוצעה באופן אישי על ידי V. I. Lenin.

בשנת 1920 הוכנה "התוכנית לחשמול ה-RSFSR", שתוכננה ל-10-15 שנים. הוא כלל את שיקום מערכת האנרגיה הישנה והקמת 30 תחנות כוח חדשות המצוידות בטורבינות ובדודים חדישים. הרעיון המרכזי של התוכנית הוא להשתמש במשאבי הכוח הידרוניים הענקיים המקומיים. תוכננו חשמול ושחזור קיצוני של כל הכלכלה הלאומית. הושם דגש על צמיחתה והתפתחותה של התעשייה הכבדה בארץ.

תוכנית GOERLO המפורסמת

החל משנת 1947 הפכה ברית המועצות הראשונה באירופה והשנייה בעולם לייצור חשמל. הודות לתוכנית GOELRO נוצרה כל הכלכלה המקומית בזמן הקצר ביותר. ייצור וצריכת החשמל בארץ הגיעו לרמה חדשה מבחינה איכותית.

הגשמת המתוכננת התאפשרה הודות לשילוב של מספר גורמים חשובים בו זמנית: הרמה הגבוהה של הצוות המדעי במדינה, הפוטנציאל החומרי של רוסיה שנשמר מימי טרום המהפכה, ריכוז הכוח הפוליטי והכלכלי, היכולת של רוסיה. העם הרוסי להאמין ב"טופ" ולגלם את הרעיונות המוצהרים.

התוכנית הוכיחה את יעילותה של המערכת הסובייטית של כוח ריכוזי וממשל מדינה.

תוכנית תוצאות

בשנת 1935 הושלמה התוכנית שאומצה והתגשמה יתר על המידה. 40 תחנות כוח הוקמו במקום 30 המתוכננות, וכמעט פי שלושה יותר הופעלה קיבולת ממה שתוכנן על פי התוכנית. נבנו 13 תחנות כוח בהספק של 100 אלף קילוואט כל אחת. הקיבולת הכוללת של HPPs רוסית הייתה כ-700,000 קילוואט.

במהלך השנים הללו נבנו החפצים הגדולים ביותר בעלי חשיבות אסטרטגית, כמו תחנת הכוח ההידרואלקטרית הדנייפר המפורסמת בעולם. במונחים של אינדיקטורים הכוללים, מערכת האנרגיה הסובייטית המאוחדת עלתה על מערכות דומות של המדינות המפותחות ביותר בעולם החדש והישן. ייצור החשמל במדינות אירופה באותן שנים פיגר הרבה מאחורי האינדיקטורים של ברית המועצות.

פיתוח כפרי

אם לפני המהפכה כמעט ולא היה חשמל בכפרי רוסיה (תחנות כוח קטנות שהותקנו על ידי בעלי קרקעות גדולים לא נחשבות), אז עם יישום תוכנית GOELRO, הודות לשימוש בחשמל, החקלאות קיבלה תנופה חדשה לפיתוח . מנועים חשמליים הופיעו במפעלים, במנסרות, במכונות לניקוי תבואה, מה שתרמו למודרניזציה של התעשייה.

בנוסף, חשמל נכנס בחוזקה לחייהם של תושבי העיר ותושבי הכפר, ממש משך את "רוסיה האפלה" מהחושך.

>> ייצור ושימוש באנרגיה חשמלית

§ 39 ייצור ושימוש באנרגיה חשמלית

כיום, רמת הייצור והצריכה של אנרגיה היא אחד המדדים החשובים ביותר להתפתחות כוחות הייצור של חברה. את התפקיד המוביל בכך ממלא חשמל - צורת האנרגיה המגוונת והנוחה ביותר לשימוש. אם צריכת האנרגיה בעולם מוכפלת תוך כ-25 שנים, אזי מתרחשת בממוצע עלייה בצריכת החשמל פי 2 תוך 10 שנים. המשמעות היא שיותר ויותר תהליכים שצורכים אנרגיה מומרים לחשמל.

ייצור חשמל.חשמל מיוצר בתחנות כוח גדולות וקטנות בעיקר בעזרת גנרטורים אינדוקציה אלקטרו-מכאניים. ישנם שני סוגים עיקריים של תחנות כוח: תרמיות והידרואלקטריות. תחנות כוח אלו נבדלות במנועים המסובבים את הרוטורים של גנרטורים.

בתחנות כוח תרמיות מקור האנרגיה הוא דלק: פחם, גז, נפט, מזוט, פצלי שמן. הרוטורים של גנרטורים חשמליים מונעים על ידי טורבינות קיטור וגז או מנועי בעירה פנימית. החסכוניות ביותר הן תחנות כוח גדולות של טורבינת קיטור תרמית (בקיצור TPPs). רוב תחנות הכוח התרמיות בארצנו משתמשות באבק פחם כדלק. צריך כמה מאות גרמים של פחם כדי לייצר 1 קילוואט של חשמל. בדוד קיטור, מעל 90% מהאנרגיה המשתחררת מהדלק מועברת לקיטור. בטורבינה, האנרגיה הקינטית של סילוני הקיטור מועברת אל הרוטור. ציר הטורבינה מחובר בצורה נוקשה לציר הגנרטור. מחוללי טורבינת קיטור מהירים מאוד: מספר הסיבובים של הרוטור הוא כמה אלפים לדקה.

מהקורס בפיזיקה בכיתה י' ידוע שיעילות מנועי החום עולה עם עלייה בטמפרטורת המחמם ובהתאם גם הטמפרטורה ההתחלתית של נוזל העבודה (קיטור, גז). לכן, הקיטור הנכנס לטורבינה מובא לפרמטרים גבוהים: הטמפרטורה היא כמעט עד 550 מעלות צלזיוס והלחץ הוא עד 25 MPa. היעילות של TPP מגיעה ל-40%. רוב האנרגיה אובדת יחד עם אדי הפליטה החמים. טרנספורמציות אנרגיה מוצגות בתרשים המוצג באיור 5.5.

תחנות כוח תרמיות - מה שנקרא תחנות חום וכוח משולבות (CHP) - מאפשרות שימוש בחלק ניכר מהאנרגיה של קיטור הפליטה במפעלים תעשייתיים ולצרכים ביתיים (לחימום ואספקת מים חמים). כתוצאה מכך, יעילות ה-CHP מגיעה ל-60-70%. נכון להיום, תשתיות CHPP מספקות כ-40% מכלל החשמל ברוסיה ומספקות למאות ערים חשמל וחום.

בתחנות כוח הידרואלקטריות (HPPs), האנרגיה הפוטנציאלית של המים משמשת לסיבוב הרוטורים של גנרטורים. הרוטורים של גנרטורים חשמליים מונעים על ידי טורבינות הידראוליות. כוחה של תחנה כזו תלוי בהבדל במפלסי המים שנוצר מהסכר (לחץ) ובמסת המים העוברת בטורבינה בכל שנייה (זרימת מים). טרנספורמציות אנרגיה מוצגות בתרשים המוצג באיור 5.6.

תחנות כוח הידרואלקטריות מספקות כ-20% מכלל החשמל המופק בארצנו.

תחנות כוח גרעיניות (NPPs) ממלאות תפקיד משמעותי במגזר האנרגיה. נכון להיום, תחנות כוח גרעיניות ברוסיה מספקות כ-10% מהחשמל.

השימוש בחשמל.צרכן החשמל העיקרי הוא התעשייה, המהווה כ-70% מהחשמל המיוצר. תחבורה היא גם צרכן מרכזי. מספר הולך וגדל של קווי רכבת עובר הסבה למשיכה חשמלית. כמעט כל הכפרים והכפרים מקבלים חשמל מתחנות כוח לצרכים תעשייתיים וביתיים. כולם יודעים על השימוש בחשמל להארת בתים ומכשירי חשמל ביתיים.

רוב החשמל המשמש הופך כעת לאנרגיה מכנית. כמעט כל המנגנונים בתעשייה מונעים על ידי מנועים חשמליים. הם נוחים, קומפקטיים, מאפשרים אפשרות לאוטומציה של ייצור.

כשליש מהחשמל שצורכת התעשייה משמש למטרות טכנולוגיות (ריתוך חשמלי, חימום חשמלי והתכה של מתכות, אלקטרוליזה ועוד).

ציוויליזציה מודרנית אינה מתקבלת על הדעת ללא השימוש הנרחב בחשמל. הפרעה באספקת החשמל של עיר גדולה בתאונה משתקת את חייו.

1. תן דוגמאות למכונות ומנגנונים שבהם לא נעשה שימוש כלל בזרם חשמלי!
2. האם היית ליד מחולל הזרם החשמלי במרחק שאינו עולה על 100 מ'!
3. מה היו מפסידים תושבי עיר גדולה במקרה של תקלה ברשת החשמל!

מיאקישב ג'יא, פיזיקה. כיתה יא: ספר לימוד. לחינוך כללי מוסדות: בסיסי ופרופיל. רמות / ג' יא מיאקישב, ב' ו' בוכובצב, ו' מ' צ'רוגין; ed. V. I. Nikolaev, N. A. Parfenteva. - מהדורה 17, מתוקנת. ועוד - מ.: חינוך, 2008. - 399 עמ': חולה.

פיזיקה ואסטרונומיה לכיתה י"א הורדה חינם, מערכי שיעור, התכוננות לבית הספר אונליין

תוכן השיעור סיכום שיעורתמיכה מסגרת שיעור מצגת שיטות האצה טכנולוגיות אינטראקטיביות תרגול משימות ותרגילים סדנאות בדיקה עצמית, הדרכות, מקרים, קווסטים שאלות דיון שיעורי בית שאלות רטוריות של תלמידים איורים אודיו, וידאו קליפים ומולטימדיהתצלומים, תמונות גרפיקה, טבלאות, תוכניות הומור, אנקדוטות, בדיחות, משלי קומיקס, אמרות, תשבצים, ציטוטים תוספות תקציריםמאמרים שבבים עבור גיליונות רמאות סקרנים ספרי לימוד בסיסי ומילון מונחים נוסף של מונחים אחרים שיפור ספרי לימוד ושיעוריםתיקון שגיאות בספר הלימודעדכון קטע בספר הלימוד אלמנטים של חדשנות בשיעור החלפת ידע מיושן בידע חדש רק למורים שיעורים מושלמיםתוכנית לוח השנה המלצות מתודולוגיות של תוכנית הדיון שיעורים משולבים

הפקת אנרגיה חשמלית זרם חשמלי נוצר בגנרטורים-מכשירים הממירים אנרגיה מסוג זה או אחר לאנרגיה חשמלית. את התפקיד השולט בזמננו ממלאים אלטרנטורי אינדוקציה אלקטרו-מכאניים. שם אנרגיה מכנית מומרת לאנרגיה חשמלית. זרם חשמלי נוצר בגנרטורים-מכשירים הממירים אנרגיה מסוג זה או אחר לאנרגיה חשמלית. את התפקיד השולט בזמננו ממלאים אלטרנטורי אינדוקציה אלקטרו-מכאניים. שם אנרגיה מכנית מומרת לאנרגיה חשמלית. המחולל מורכב ממגנט קבוע היוצר שדה מגנטי, ומפיתול שבו מושרה EMF מתחלף. מגנט קבוע היוצר שדה מגנטי, ופיתול שבו מושרה EMF מתחלף.

רובוטריקים TRANSFORMER הוא מכשיר הממיר זרם חילופין של מתח אחד לזרם חילופין של מתח אחר בתדר קבוע. במקרה הפשוט ביותר, השנאי מורכב מליבת פלדה סגורה, שעליה מניחים שני סלילים עם פיתולי תיל. זו של הפיתולים המחוברים למקור מתח חילופין נקראת ראשונית, וזה שאליו מחובר ה"עומס", כלומר מכשירים הצורכים חשמל, נקרא משני. פעולת השנאי מבוססת על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית.

ייצור חשמל חשמל מיוצר בתחנות כוח גדולות וקטנות בעיקר באמצעות גנרטורים אינדוקציה אלקטרו-מכאניים. ישנם מספר סוגים של תחנות כוח: תחנות כוח תרמיות, הידרואלקטריות וגרעיניות. NPP HPP תחנות כוח תרמיות

שימוש בחשמל צרכן החשמל העיקרי הוא התעשייה, המהווה כ-70% מהחשמל המיוצר. תחבורה היא גם צרכן מרכזי. מספר הולך וגדל של קווי רכבת עובר הסבה למשיכה חשמלית. כמעט כל הכפרים והכפרים מקבלים חשמל מתחנות כוח בבעלות המדינה לצרכים תעשייתיים וביתיים. כשליש מהחשמל שצורכת התעשייה משמש למטרות טכנולוגיות (ריתוך חשמלי, חימום חשמלי והתכת מתכות, אלקטרוליזה ועוד).

העברת חשמל העברת אנרגיה קשורה להפסדים ניכרים: זרם חשמלי מחמם את החוטים של קווי חשמל. עם קווים ארוכים מאוד, העברת כוח עלולה להפוך ללא חסכונית. מכיוון שההספק הנוכחי הוא פרופורציונלי למכפלת עוצמת הזרם והמתח, על מנת לשמור על ההספק המועבר, יש צורך להגביר את המתח בקו ההולכה. לכן, שנאים עולים מותקנים בתחנות כוח גדולות. הם מגדילים את המתח בקו באותה מידה שהם מפחיתים את עוצמת הזרם. לשימוש ישיר בחשמל, מותקנים שנאים יורדים בקצוות הקו. שנאי שלב מטה שנאי מטה שנאי מטה שנאי לצרכן גנרטור 11 קילו וולט 110 קילו וולט 35 קילו וולט 6 קילו וולט קו הילוכים קו הילוכים קו הילוכים 35 קילו וולט 6 קילו וולט 220 וולט

שימוש יעיל בחשמל הביקוש לחשמל עולה כל הזמן. ניתן לענות על צורך זה בשתי דרכים. הדרך הטבעית ביותר ובמבט ראשון היחידה היא הקמת תחנות כוח חדשות חזקות. אבל תחנות כוח תרמיות צורכות משאבי טבע שאינם מתחדשים, וגם גורמות נזק רב למאזן האקולוגי על הפלנטה שלנו. טכנולוגיה מתקדמת מאפשרת לענות על צורכי האנרגיה בצורה שונה. יש לתת עדיפות להגברת יעילות השימוש בחשמל, במקום להגדיל את הקיבולת של תחנות כוח.