Что является источником электрической энергии

Источники электроэнергии

Основным источником электроэнергии в мире являются, как известно, различного рода электростанции – тепловые электростанции, гидроэлектростанции и электростанции атомные.

Тепловые электростанции (ТЭС), работающие на органическом топливе (уголь, мазут, газ, сланцы, торф), являются на сегодня основным видом используемых в России энергопроизводителей.
Выбор места размещения тепловых электростанций определяется в основном наличием в данном регионе природных и топливных ресурсов. Мощные ТЭС строятся, как правило, в местах добычи топливных ресурсов или недалеко от крупных центров нефтеперерабатывающей промышленности. Тепловые электростанции, на которых в качестве топлива используются местные виды горючего (сланец, торф, низкокалорийные и многозольные угли), стараются размещать согласно потребности в электроэнергии и, в тоже время, с учётом наличия тех или иных видов топливных ресурсов.
Электростанции, работающие на высококалорийном топливе, доставка которого к месту использования экономически целесообразна, размещаются обычно с учётом потребительского спроса на электроэнергию.

Гидроэлектростанции представляют собой специальные сооружения, возведённые в местах перекрытия больших рек плотиной и использующие энергию падающей воды для вращения турбин электрогенератора. Этот способ получения электроэнергии является наиболее экологичным, поскольку обходится без сжигания тех или иных видов топлива и не оставляет никаких вредных отходов после себя.

Атомные электростанции (АЭС) отличаются от тепловых лишь тем, что, если в ТЭС для нагрева воды и получения пара используется горючее топливо, то в АЭС источником нагрева воды служит энергия тепла, выделяемого в процессе ядерной реакции.

В настоящее время большую часть всей вырабатываемой в мире электроэнергии дают тепловые электростанции, мощность которых может составлять сотни тысяч и миллионы киловатт.
Для совместного и согласованного производства электроэнергии электростанции различного типа объединяют в энергосистемы. Объединение электростанций, а также самих энергосистем между собой позволяет снизить стоимость электроэнергии и гарантирует бесперебойность режима электроснабжения потребителя. Объясняется это тем, что производство и расходование электроэнергии происходят одновременно, и невозможно аккумулировать всю вырабатываемую энергию в каком-либо виде. Поэтому электростанции обязаны иметь определённый резерв по рабочей мощности, необходимый для того, чтобы быть способными в любой момент удовлетворить возросший спрос на электроэнергию со стороны потребителя (на возросшую нагрузку). А величина потребления (спроса на энергию) может резко колебаться при изменении режимов и условий работы потребителей.

В городах в зимний период, например, потребление электроэнергии резко возрастает, а летом — снижается. В сельском хозяйстве, напротив, электрические подстанции больше загружены именно летом, когда производятся сезонные полевые работы. Кроме того, максимальные нагрузки электростанций, расположенных на востоке и западе страны обычно не совпадают из-за разницы во времени. При коллективной работе электростанций они подпитывают друг друга, что обеспечивает их более равномерную загрузку и повышение КПД работы.

На электростанциях, не входящих в состав энергосистемы, не допускается применение мощных узлов по транспортировке и преобразованию электроэнергии. Объясняется это тем, что выход подобного узла из строя моментально парализует работу промышленных предприятий, обесточивает целые районы и грозит аварийной остановкой систем водоснабжения и т. п.

При объединении энергопроизводителей в энергосистемы нет оснований отказываться от таких мощных агрегатных узлов, поскольку нагрузку вышедшего из строя участка линии мгновенно подхватят оставшиеся в рабочем состоянии системы.

Наряду с традиционным способом получения электроэнергии с помощью электростанций всё большую популярность приобретают в последнее время альтернативные источники электроэнергии. К подобным источникам можно отнести, например, ветряные электрогенераторы, которые преобразуют природную силу ветра в электрический ток.

Всё большей популярностью в наше время пользуются и солнечные батареи, которые, в отличие от электрогенератора, используют принцип прямого преобразования энергии солнечных лучей в электрическую энергию (фотоэффект).

Источники электрической энергии

Электрическая энергия производится из многих различных источников электрической энергии. Некоторые из этих источников возобновляемые, а другие невозобновляемые.

Электростанции

Большая часть электричества, используемого в мире производится от электростанций, которые сжигают ископаемое топливо для создания пара. Основным видом топлива для электростанций является уголь, потому что он позволяет большое количество электроэнергии производить в одном месте.

С помощью угля в настоящее время вырабатывается свыше 50 процентов электричества . Оно вырабатывается через угольные электростанции. Уголь является невозобновляемым источником, что означает, что он будет в конечном итоге сгорать. Важно сохранить ресурсы угля и искать более экологически чистые способы производства электроэнергии.

Кратко о сути возобновляемых источников электроэнергии

Есть другие способы генерации электричества с использованием природных ресурсов, которые могут быть заменены или возобновлены без ущерба окружающей среды или способствовать парниковому эффекту.

В настоящее время 70 процентов электричества создается на основе сжигания ископаемых видов топлива: 50 процентов от угля и 20 процентов из природного газа.

Из этих источников возобновляемой энергии гидроэнергетика является крупным донором, обеспечивая около 10 процентов общего объема электроэнергии.

15% обеспечивают атомные электростанции.

При этом доля атомных электростанций в мире различна от 77 % во Франции до 2,5 % в Китае.

В России доля атомной энергетики порядка 18%.

5 % приходит на смесь источников, включая ветер, биоэнергию и солнечные батареи на крыше.

Конечно большинство людей хотели бы видеть экологическое сочетание превращающееся в электрические ресурсы, но в настоящее время источники ископаемого топлива являются основой электроэнергии в мире. Сочетание и доля источников электрической силы с течением времени видоизменяются и появляются необычные источники энергии.

Гидро

Электричество из воды накапливается в огромных плотинах. Сила, созданная водой из этих плотин превращается в электричество гидро электрическими турбинами и генераторами. Самые известные источники гидроэлектрической энергии находятся на крупных реках. Это дешевле, чем добыча ископаемого топлива и не способствует парниковому эффекту.

Солнце

При генерации электроэнергии с помощью солнца предотвращает выброс в атмосферу парниковых газов.

Ветер

Перемещение воздуха, который создается, когда солнце нагревает и охлаждение воздуха движет его. Это вызывает ветер. Через века люди научились использовать силу ветра. Как солнце она может также использоваться для создания электроэнергии. Ветер генерирует менее 1% электроэнергии в мире, но больше ветровых электростанций строятся каждый год.

Биомасса

Энергия, которая поступает из свалки – или мусорные свалки. Она включает в себя образование горючего газа и тепла от материи животных и растений. Свалочный газ создается, когда выбрасываются отходы и начинается загнивание (или разложение) в земле. Этот газ, как правило, просто будет просачиваться через землю в атмосферу, способствуя экологическим проблемам, как парниковый эффект. Однако может быть захвачен и обрабатываться для создания электроэнергии. Газ собирается, сушится (чтобы избавиться от воды) а затем фильтруется (чтобы избавиться от любых отходов и частиц). Затем подается через трубы к газовому генератору, который сжигает газ для создания электроэнергии.

Геотермальная энергия

Ресурсы от тепла земли. Она была использована тысяч лет в некоторых странах для горячей воды, отопления и приготовления пищи. Она также может генерировать электричество с помощью пара производимого из тепла, найденного под поверхностью земли. Это не распространено во многих странах, но хотя экспериментально геотермальная электроэнергия изучается в малонаселенных районах и используется в некоторых частях Новой Зеландии, Европе, Камчатке (Россия), а Исландия получает более 50 % своих энергетических ресурсов из геотемальных видов.

Читайте также  Теплый пол электрический сколько потребляет электричества

Источники электрической энергии в настоящее время являются неотъемлемой частью нашей жизни. Многие вещи работают только с помощью электричества и значение которой мы резко не изменим. Эти изменения не будут восприниматься как положительные большинством людей. Для поддержки технологии, лежащей в производстве электричества с использованием возобновляемых и невозобновляемых ресурсов работают ученые из многих областей исследования, в том числе химии, геологии, физики и биологии.

Аргументы в пользу более возобновляемых источников электрической энергии включают в себя:

  • Необходимость сохранения энергетических ресурсов для будущего
  • Угроза повышения парникового газа индуцированного изменением климата.

Противоположные аргументы для использования невозобновляемых ресурсов включают:

  • Для использования этих ресурсов уже существует хорошо развитая технология
  • Неспособность альтернатив для обеспечения базовой нагрузки мощности для бытового и промышленного использования
  • Стоимость является относительно низкой для выработки электричества с невозобновляемых ресурсов.

Как соединить несколько источников электрической энергии

Электрическая энергия, вырабатываемая источниками электрической энергии — самый распространенный вид энергии в наше время. Процессы, связанные с данным видом электрической энергии, включают в себя под процессы, такие как — выработка (генерация), передача и потребление. Из этого можно выделить три группы устройств, которые принимают участие в этом процессе — источники электрической энергии, передаточные устройства и потребители.

Давайте подробно рассмотрим первую группы.

Источники электрической энергии.

Из самого названия можно догадаться, какую роль играют в электроэнергетике эти устройства, но все же я объясню.
Источник электрической энергии — устройство, механизм от которого потребители получают электрическую энергию по средству передаточных устройств. Не имеет значения какого рода тока является этот источник, а также электрическая энергия является генерируемой или запасенной.
Источниками электрической энергии могут быть: все виды и типы генераторов, вторичные обмотки трансформаторов и автотрансформаторов, различные гальванические элементы, аккумуляторные батареи, солнечные батареи, различные пьезо элементы и даже грозовой разряд (молния) является источником электрической энергии.

Как видите существует множество видов источников электрической энергии, что способствует широкому распространению электрической энергии.

Соединение источников электрической энергии.

В электроэнергетике встречаются такие случаи, когда источников электрической энергии несколько, которые включены и питают одну электрическую цепь.
В зависимости от способа соединения источников, электрическая энергия ведет себя по-разному. Перед тем как углубляться в подробности следует сказать, что источники электрической энергии соединяют двумя способами — последовательно и параллельно.

Эти виды соединений я уже рассматривал при соединении конденсаторов и резисторов.

Давайте рассмотрим эти способы соединения на примере.
В качестве источника электрической энергии возьмем три обычных батарейки напряжением в 1.5 вольт каждая. Также нам понадобится вольтметр и соединительные провода.

последовательное соединение источников электрической энергии

Соединив батарейка последовательно, как показано на схеме, можно будит увидеть, что вольтметр покажет напряжение гораздо большее чем у одной батарейки, а именно 4.5 вольт. Так при последовательном соединении источников электрической энергии, напряжение всех источников, входящих в цепь складывается. Стоит отметить, что суммарная емкость и мощность батареек равняется показателям одной батарейки.

параллельное соединение источников электрической энергии

Если же соединять эти же батарейки параллельно, как на схеме выше, мы увидим, что напряжение цепи с тремя параллельно соединенными батарейками равняется напряжению одной батарейки. Но мощность и емкость этой цепи источников увеличилось в несколько раз, а именно в количество соединенных источников, в данном случаи в три раза, при условии, что мощность и ёмкости батареек одинаковы.

В электроэнергетике кроме батареек последовательно или параллельно могут соединять все источники электроэнергии. Но для каждого вида источника существуют определенные условия, такие как: напряжение всех соединяемых источников должно быть одинаково, как и мощность, во избежание возникновения уравнительных токов, для соединения трансформаторов необходимо также, чтобы коэффициенты трансформации были также равны.

Цели соединения источников электрической энергии.

Стоит отметить, что последовательное соединение источников электроэнергии нашло широкое применение лишь для источников постоянного тока, а именно гальванические элементов.
В современной электроэнергетике широко распространено параллельное соединение источников электрической энергии. Это объясняется тем, что в современной системе электроснабжения отпадает необходимость в увеличении напряжения таким способом, эту функцию отлично выполняют повышающие трансформаторы. Тем более, что при последовательном соединении, при выходе из строя одного из источников, вся цепь обрывается и потребители обесточиваются.
А вот параллельное соединение может похвастаться своими плюсами. Оно позволяет повысить мощность всей сети. Является очень удобным, так как при выходе из строя или необходимости в ремонте одного из источников электрической энергии нет необходимость лишать потребителей электрической энергии.

Параллельное соединение источников электрической энергии на столько удобно, что во времена советского союза, да и сейчас, но не так масштабно соединяли все электрические станции в одну энергосистему, что повышало качество снабжения электрической энергией, так как не было дефицита мощности, а также позволяли выводить целые станции и подстанции в ремонт без перебоев в электроснабжении и конечно же все они соединялись параллельно.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Источник электрического тока – это устройство, с помощью которого создаётся электрический ток в замкнутой электрической цепи. В настоящее время изобретено большое количество видов таких источников. Каждый вид используется для определённых целей.

Виды источников электрического тока

Существуют следующие виды источников электрического тока:

  • механические;
  • тепловые;
  • световые;
  • химические.

Механические источники

В этих источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование осуществляется в специальных устройствах – генераторах. Основными генераторами являются турбогенераторы, где электрическая машина приводится в действие газовым или паровым потоком, и гидрогенераторы, преобразующие энергию падающей воды в электричество. Большая часть электроэнергии на Земле производится именно механическими преобразователями.

Тепловые источники

Здесь преобразуется в электричество тепловая энергия. Возникновение электрического тока обусловлено разностью температур двух пар контактирующих металлов или полупроводников — термопар. В этом случае заряженные частицы переносятся от нагретого участка к холодному. Величина тока зависит напрямую от разности температур: чем больше эта разность, тем больше электрический ток. Термопары на основе полупроводников дают термоэдс в 1000 раз больше, чем биметаллические, поэтому из них можно изготавливать источники тока. Металлические термопары используют лишь для измерения температуры.

В настоящее время разработаны новые элементы на основе преобразования тепла, выделяющегося при естественном распаде радиоактивных изотопов. Такие элементы получили название радиоизотопный термоэлектрический генератор. В космических аппаратах хорошо себя зарекомендовал генератор, где применяется изотоп плутоний-238. Он даёт мощность 470 Вт при напряжении 30 В. Так как период полураспада этого изотопа 87,7 года, то срок службы генератора очень большой. Преобразователем тепла в электричество служит биметаллическая термопара.

Световые источники

С развитием физики полупроводников в конце ХХ века появились новые источники тока – солнечные батареи, в которых энергия света преобразуется в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников выдавать напряжение при воздействии на них светового потока. Особенно сильно этот эффект наблюдается у кремниевых полупроводников. Но всё-таки КПД таких элементов не превышает 15%. Солнечные батареи стали незаменимы в космической отрасли, начали применяться и в быту. Цена таких источников питания постоянно снижается, но остаётся достаточно высокой: около 100 рублей за 1 ватт мощности.

Читайте также  Как подключить электросчетчик однофазный

Химические источники

Все химические источники можно разбить на 3 группы:

  1. Гальванические
  2. Аккумуляторы
  3. Тепловые

Гальванические элементы работают на основе взаимодействия двух разных металлов, помещённых в электролит. В качестве пар металлов и электролита могут быть разные химические элементы и их соединения. От этого зависит вид и характеристики элемента.

ВАЖНО! Гальванические элементы используются только разово, т.е. после разряда их невозможно восстановить.

Существует 3 вида гальванических источников (или батареек):

  1. Солевые;
  2. Щелочные;
  3. Литиевые.

Солевые, или иначе «сухие», батарейки используют пастообразный электролит из соли какого-либо металла, помещённый в цинковый стаканчик. Катодом служит графито-марганцевый стержень, расположенный в центре стаканчика. Дешёвые материалы и лёгкость изготовления таких батареек сделали их самыми дешёвыми из всех. Но по характеристикам они значительно уступают щелочным и литиевым.

В щелочных батарейках в качестве электролита используется пастообразный раствор щёлочи — гидрооксида калия. Цинковый анод заменён на порошкообразный цинк, что позволило увеличить отдаваемый элементом ток и время работы. Эти элементы служат в 1,5 раза дольше солевых.

В литиевом элементе анод сделан из лития — щелочного металла, что значительно увеличило продолжительность работы. Но одновременно увеличилась цена из-за относительной дороговизны лития. Кроме того, литиевая батарейка может иметь различное напряжение в зависимости от материала катода. Выпускают батарейки с напряжением от 1,5 В до 3,7 В.

Аккумуляторы — источники электрического тока, которые можно подвергать многим циклам заряда-разряда. Основными видами аккумуляторов являются:

  1. Свинцово-кислотные;
  2. Литий-ионные;
  3. Никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из свинцовых пластин, погружённых в раствор серной кислоты. При замыкании внешней электрической цепи происходит химическая реакция, в результате которой свинец преобразуется в сульфат свинца на катоде и аноде, а также образуется вода. В процессе зарядки сульфат свинца на аноде восстанавливается до свинца, а на катоде до диоксида свинца.

Литий-ионный аккумулятор получил своё название из-за того, что в качестве носителя электричества в электролите служат ионы лития. Ионы возникают на катоде, который изготовлен из соли лития на подложке из алюминиевой фольги. Анод изготавливается из различных материалов: графита, оксидов кобальта и других соединений на подложке из медной фольги.

Напряжение в зависимости от применяемых компонентов может быть от 3 В до 4,2 В. Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда литий-ионные аккумуляторы приобрели большую популярность в бытовой технике.

ВАЖНО! Литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к перезарядке. Поэтому для их зарядки нужно использовать зарядные устройства, предназначенные только для них, которые имеют встроенные специальные схемы, предотвращающие перезаряд. Иначе может произойти разрушение аккумулятора и его возгорание.

В никель-кадмиевых аккумуляторах катод сделан из соли никеля на стальной сетке, анод из соли кадмия на стальной сетке, а электролит — смесь гидроксида лития и гидроксида калия. Номинальное напряжение такого аккумулятора — 1,37 В. Он выдерживает от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки.

Тепловые химические элементы служат как источники резервного питания. Они дают отличные характеристики по удельной плотности тока, но имеют короткий срок службы (до 1 часа). Применяются в основном в ракетной технике, где нужны надёжность и кратковременная работа.

Источники электрической энергии.

В электронике существует два вида источников электроэнергии:

Источник ЭДС обозначается на электрических схемах следующим схемным элементом:

Величина ЭДС обозначается буквой «Е» и задается в “вольтах”. Плюсовая клемма источника находится там, где стрелка, минусовая клемма – где хвост стрелки. Напряжение направленно от “+” к “-”, поэтому противоположно направлению ЭДС, которое

выбирается по направлению тока ЭДС, если к этому источнику подключена активная нагрузка:

У идеального ЭДС, напряжение на клеммах совпадает с величиной ЭДС и с напряжением на нагрузке.

Источники тока обозначаются на электрических схемах следующим знаком:

Величина источника тока обозначаются буквой “J” и задается в “амперах”. Направление тока I источника тока совпадает с направлением стрелок на значке источника и в идеале равна величине источника “J”.Напряжение на клеммах источника тока ( ), к которому подключена активная нагрузка ,

определяется по закону Ома и равна напряжению на нагрузке:

Запишем определение идеального источника ЭДС и идеального источника тока.

Идеальным источником ЭДС (источником напряжения) называется такой источник электрической энергии, напряжение на клеммах которого не зависит от подключенной к нему нагрузке.

Какую бы нагрузку мы бы не подключили, напряжение на клеммах источника, в идеале, остается неизменным. Однако идеальных источников ЭДС не существует. У реальных источников, при подключении мощной нагрузки наблюдается падение напряжения на клеммах, за счет внутреннего сопротивления ЭДС ( ).

Идеальным источником тока J называется такой источник электрической энергии, ток которого не зависит от подключенной к нему нагрузки.

Какую бы нагрузку мы не подключили, ток источника тока J, в идеале, остается неизменным. У реальных источников тока при увеличении ток уменьшается.

Приведем примерны реальных источников ЭДС и тока:

Реальными источниками ЭДС являются: гальванический элемент и батарея гальванических элементов, аккумулятор и аккумуляторная батарея, генератор постоянного и переменного тока, силовой трансформатор, бытовая и промышленная электросеть. Все эти источники обладают внутренним сопротивлением.

Теперь приведем примеры реальных источников тока:

Машина Резерфорда, сварочный аппарат, атомный источник тока. Сварочный аппарат можно считать источником тока очень условно, т.к. его характеристики далеки от идеальных, а вот машина Резерфорда и атомный источник тока – практически идеальны. У машины Резерфорда ток определяется скоростью электризации , а у атомного источника тока – интенсивностью “ ” излучения.

Машину Резерфорда мы все видели еще в школе, а вот про атомный источник тока нужно рассказать подробнее:

он представляет из себя металлическую камеру, внутри которой находится радиоактивный элемент, обладающий “ ” излучением.

Как вы знаете “ ” излучение – это поток быстрых электронов, которые покидая радиоактивный элемент, оседают на стенках камеры, создавая отрицательный заряд, а сам радиоактивный материал заряжается положительно. Ток такого источника определяется интенсивностью “ ” излучения и практически не зависит от сопротивления нагрузки.

Дата добавления: 2016-05-28 ; просмотров: 961 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: