Потребители электрической энергии

В электрическую

Новые способы преобразования различных видов энергии

1. Геотермальные электростанции. Используется тепло земных недр. В новой Зеландии вырабатывается 40 % всей электроэнергии на ГеоЭС, в Италии – 6 %. В нашей стране на Камчатке действует опытно-промышленная геотермальная станция 5 МВт, планируется строительство второй очереди станции мощностью 25 МВт.

2. Ветроэлектрические станции (ВЭС).

3. Солнечные электрические станции (кпд 15 %).

 

 

Потребители электрической энергии имеются повсюду, а производится она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливных и гидроресурсов. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на расстояния, достигающие иногда сотен километров. Передача электроэнергии на большие расстояния связана с заметными потерями. Дело в том, что протекая по линиям электропередачи, ток нагревает их. Энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется по формуле:

Q = I2Rt , где R –сопротивление линии.

При большой длине линии передача энергии может стать вообще экономически невыгодной. Для уменьшения потерь можно конечно идти по пути уменьшения сопротивления R линии посредством увеличения площади поперечного сечения проводов. Но для уменьшения R, к примеру, в 100 раз нужно увеличить массу провода также в 100 раз. Ясно, что нельзя допустить такого большого расходования дорогостоящего цветного металла, не говоря уже о трудностях закрепления тяжёлых проводов на высоких мачтах. Поэтому потери энергии в линии снижают другим путём: уменьшением тока в линии. Например, уменьшение тока в 10 раз уменьшает количество выделившегося в проводниках тепла в 100 раз, т.е. достигается тот же эффект, что и от стократного утяжеления провода.

Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение (P = IU), то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии передачи. Причём, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Так , например, в высоковольтной линии передачи Волжская ГЭС – Москва используют напряжение в 500 кВ.

Между тем генераторы переменного тока строят на напряжение, не превышающее 16-20 кВ, так как более высокое напряжение потребовало бы принятия более сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько уменьшают силу тока. Потери мощности при этом невелики (1÷2 %).

Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. Причём обычно понижение напряжения и соответственно увеличение силы тока происходит в несколько этапов.

На каждом этапе напряжение становится всё меньше, а территория, охватывающая электрической сетью – всё шире.

Объективной особенностью продукции электроэнергетики является невозможность её складирования или накопления, поэтому для более экономичного, рационального использования общего потенциала электростанций нашей страны создана Единая Энергетическая Система (ЕЭС), в которой работают свыше 700 крупных электростанций, имеющих общую мощность свыше 250 млн. кВт (т.е. 84 % всех электростанций страны).

Линии 1150 кВ являются главными в направлении Сибирь – Северный Казахстан – Урал – Средняя Волга – Центр – Юг. Для передачи электроэнергии из Сибири и Северного Казахстана в европейскую часть страны используются линии электропередачи постоянного тока Экибастуз – Центр напряжением между полюсами 1500 кВ. Линия 750 кВ Конаково – Санкт-Петербург длиной 525 км, Конаково – Москва. Сооружена линия электропередачи 1150 кВ в направлении Урал – Среднее Поволжье – Центр.

Линии электропередачи (1500, 1150, 750, 500, 330, 220) кВ соединяющие электрические станции на параллельную работу и регионы страны по закону об Электроэнергетике входят в состав Федеральной Сетевой Компании (ФСК). ФСК – акционерное общество, где 100 % акций принадлежит государству.

Все электростанции объединены в ОГК и ТГК. ОГК – оптовая генерирующая компания, ТГК – территориальная генерирующая компания.

В ОГК входят электрические станции мощностью более 1000 МВт, вырабатывающие электроэнергию для федерального оптового рынка электрической энергии и мощности. В нашей стране шесть ОГК (ОГК-1÷ОГК-6).

ТГК – электрические станции менее 1000 МВт и вырабатывающие электроэнергию для региона (территории), а также на федеральный оптовый рынок электроэнергии и мощности.

ТГК-15 объединений. В одну ТГК входят электростанции, раположенные в нескольких регионах (областях, краях, республиках).

ТГК-8 входят тепловые электростанции , расположенные на территории Ростовской области, Краснодарского края, Астраханской области, Ставропольского края.

Гидроэлектростанции объединены в Гидро ОГК.

К электрическим сетям ФСК подключены распределительные сети (110; 35; 10; 6; 0,4 кВ) (МРСК). МРСК (Центра и Северного Кавказа, Юга, Поволжья, Северозапада, Урала, Сибири и Дальнего Востока).

Ростовские распределительные сети – ОАО «Ростовэнерго» входит в состав МРСК Центра и Северного Кавказа. В ОАО «Ростовэнерго» 8 филиалов (Центральные электрические сети, Северные, Северо-Восточные, Западные, Юго-Западные, Южные, Юго-Восточные, Восточные).

Широкое применение электроэнергии в народном хозяйстве обусловлено её специфическими свойствами, такими как:

- способность превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и т.д.) и получать электрическую энергию практически из любых других видов энергии;

- возможность относительно легко передаваться на большие расстояния в больших количествах;

- способность к дроблению энергии и преобразованию её параметров (изменение напряжения, частоты);

- наличие огромных скоростей протекания электромагнитных процессов (электродвигатели больших прокатных станов и электродвигатели для наручных часов).

Ограничений по мощности электродвигателей не существует.

Электрификация силовых процессов в машиностроительном производстве может быть разделена на три этапа.

На первом этапе происходило внедрение единичных приводов, заменивших паросиловые установки и групповые электрические приводы. При единичном приводе энергия между отдельными узлами распределялась механическим способом, что усложняло кинематику станков и вызывало большие потери.

На втором этапе совершенствование машин шло по пути создания многодвигательного привода, когда отдельные движения стали осуществляться от индивидуальных двигателей.

Современный третий этап характеризуется широким применением средств автоматики для управления электроприводом. Автоматизированный электропривод, базирующийся на достижениях науки и техники, служит основой создания поточного производства машин и оборудования. Он позволяет создавать автоматические станочные линии, технологический процесс которых контролируется и управляется вычислительными машинами. Автоматизированные приводы созданы на блюмингах и в целом ряде обрабатывающих станков, на различных механических погрузчиках и т.д. В автоматизации электропривода наблюдается переход от электромеханических устройств к электронным, микропроцессорным устройствам, имеющим ряд преимуществ: отсутствие контактов, малую инерционность, долговечность, компактность. Развитие электропривода основывается на достижениях в самых различных областях знаний, на использовании методов теории информации, логического синтеза, математического программирования. Важная принципиальная особенность современного автоматизированного электропривода состоит в использовании методов кибернетики. Внедрение электропривода значительно улучшает условия труда в промышленности и эстетическое оформление производственных помещений.

Применение электрической энергии нашло в электротермии. Появились дуговые электрические печи для выплавки стали.

С помощью электролиза стали получать чистые металлы из руд. Применение электроэнергии позволило относительно просто получать бывшие редкими и дорогими металлы, такие как алюминий, карборунд и т.д.

Большую группу электротехнологического оборудования составляют электротермические установки. Превращение электрической энергии в тепловую в этих установках производится различными способами:

- пропусканием тока по специальным нагревательным элементам или по нагревательному изделию;

- созданием электрической дуги;

- наведением индукционных токов в проводящем нагреваемом изделии;

- наведением токов смещения в диэлектрике, помещаемом в электрическое поле высокой частоты.

Прямой нагрев металлов электрическим токам широко применяется в кузнечном производстве. Через изделие пропускают достигающий тысяч ампер при напряжении 5÷25 В. Напряжение на изделии регулируется специальным трансформатором. Температура нагрева контролируется термопарой.

В индукционных установках нагрев происходит наведение токов высокой частоты магнитным полем и выделением, вследствие этого, тепла. Индукционные печи имеют хорошие технико-экономические показатели и распространены в промышленности.

Существует большая разновидность конструкций печей (для плавки металла, поверхностей закалки деталей, низкотемпературного нагрева и т.п.). Индукционные печи со стальным сердечником по конструкции похожи на трансформаторы, отличие от которых состоит в том, что вторичная обмотка у печи выполнена в виде одного витка, обычно представляющего собой расплавленный цветной металл. Первичной обмоткой в стальном сердечнике печи создаётся переменный магнитный поток, который и индуктирует в металле ток. Выделяемое при протекании тока тепло расплавляет металл, который хорошо перемешивается вследствие электродинамического воздействия тока в металле с переменным магнитным полем первичной обмотки (f = 50 Гц).

Для выплавки качественных металлов и сплавов используют электрические дуговые печи прямого и косвенного действия. Печи выпускаются промышленностью ёмкостью до 200 т и мощностью до 40 МВт.

Дуговая электросварка угольным электродом и металлическим электродом применяется для неразъёмного соединения двух металлов.

Скоростная автоматическая под флюсом. Повышается производительность труда при сварочных работах.

Контактная сварка – нагрев свариваемых деталей происходит при токах до 10 кА.

Электрохимическая обработка металлов.

Ультразвук – основан на скорости распространения ультразвуковых колебаний в разных средах.

Электрофильтры – для очистки дымовых газов на ТЭС.