Реферат: Что такое электричество
Список литературы
Введение
Начнем с того, что электричество изучается в течение многих тысяч лет, но до сих пор точно не известно, что это такое! Сегодня считают, что оно состоит из крошечных заряженных частиц. Согласно этой теории, электричество - это движущийся поток электронов или других заряженных частиц. Первым ученым, который изучал свойства электричества, был придворный врач королевы Елизаветы 1 Вильям Жильбер . Но, несмотря на его интересные открытия, все же нельзя сказать, что он или кто-то другой из ученых действительно открыл электричество, ибо с древнейших времен и до наших дней множество ученых изучают свойства электричества, анализируют новые формы его применения. Поэтому скажем только о самых важных открытиях в этой области.
Так, в Голландии в 1745 году изобрели особые лейденские банки , в которых мог накапливаться огромный по тем временам электрический заряд (порядка 1 микрокулона ). Английский ученый Уотсон усовершенствовал это изобретение, и открыл, что скорость распространения электричества огромна и действует оно, следовательно, почти мгновенно.
Пожалуй, наука об электричестве начала бурно развиваться с того момента, как в 1800 году Алессандро Вольта изобрел батарею. Это изобретение дало людям первый постоянный и надежный источник энергии и повлекло за собой все важные открытия в этой области. Динамо-машина Фарадея , электромагнитная теория Максвелла , наука Электродинамика , созданная с подачи Ампера - все это произошло в течение каких-то 20 лет. А затем, в 1871 году, американский ученый Эдисон подарил миру первую лампу накаливания , и лишь через 40 лет француз Жорж Клод изобрел лампу неоновую.
Кстати, электричество - не искусственное явление, в природе оно тоже встречается в виде… молнии! Что и доказал Бенджамин Франклин в 1752 году.
В наши дни практически все отрасли производства используют электричество. Но ведь не от молнии же работают заводы и освещаются города. Для преобразования различных видов энергии в электрическую были созданы электростанции.
1. Получение электроэнергии. Типы электростанций
В зависимости от источника энергии различают:
Тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо.
Атомные электростанции (АЭС), использующие ядерную энергию.
Гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию падающей воды рек.
Иные электростанции, использующие ветровую, солнечную, геотермальную и другие виды энергий.
1.1 Тепловые (ТЭС)
Основной тип электростанций в России. Эти установки вырабатывают примерно 67% электроэнергии России. Тепловые электростанции используют широко распространенные топливные ресурсы, способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний и относительно свободно размещаются. На их размещение влияют топливный и потребительский факторы: наиболее мощные электростанции располагаются в местах добычи топлива; ТЭС же, использующие калорийное, транспортабельное топливо, ориентированы на потребителей. Строительство ТЭС ведется быстро и связано с меньшими затратами труда и материальных средств. Но у них есть существенные недостатки. Они используют невозобновимые ресурсы, обладают низким КПД (30-35%), оказывают крайне негативное влияние на экологическую обстановку. ТЭС всего мира ежегодно выбрасывают в атмосферу 200-250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида, а также поглощают огромное количество кислорода.
Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора (обычно синхронного генератора). В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы. Отметим, что в любой электростанции предусмотрена система охлаждения отработавшего теплоносителя, чтобы довести температуру теплоносителя до необходимого для повторного цикла значения. Если поблизости от электростанции есть населенный пункт, то это достигается путем использования тепла отработавшего теплоносителя для нагрева воды для отопления домов или горячего водоснабжения (такие ТПЭС называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ)), а если нет, то излишнее тепло отработавшего теплоносителя просто сбрасывается в атмосферу в градирнях, которые представляют собой широкие конусообразные трубы. Конденсатором отработавшего пара на неатомных электростанциях чаще всего служат именно градирни.
ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900 °С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность - до нескольких сотен МВт (!). ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.
ТЭС с парогазотурбинной установкой, состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов, называется парогазовой электростанцией (ПГЭС), кпд которых может достигать 42 - 43%. ГТЭС и ПГЭС также могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.
1.2 Атомная электростанция (АЭС)
Электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является ядерный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основном 233U, 235U.239Pu). При делении 1г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 кВт/ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива (!). Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе.
Наиболее часто на АЭС применяются 4 типа реакторов на тепловых нейтронах:
1) водяные - с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя
2) графитоводные - с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем
3) тяжеловодные - с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя
4) графитогазовые - с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.
В зависимости от вида и агрегатного состояния теплоносителя создаётся тот или иной термодинамический цикл АЭС. Выбор верхней температурной границы термодинамического цикла определяется максимально допустимой температурой оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), содержащих ядерное горючее, допустимой температурой собственно ядерного горючего, а также свойствами теплоносителя, принятого для данного типа реактора. При работе реактора концентрация делящихся изотопов в ядерном топливе постепенно уменьшается, т.е. ТВЭЛ выгорают. Поэтому со временем их заменяют свежими. Ядерное горючее перезагружают с помощью механизмов и приспособлений с дистанционным управлением. Отработавшие ТВЭЛ переносят в бассейн выдержки, а затем направляют на переработку. Экономичность АЭС определяется её основными техническими показателями: единичная мощность реактора, кпд, энергонапряжённость активной зоны, глубина выгорания ядерного горючего, коэффициент использования установленной мощности АЭС за год. С ростом мощности АЭС удельные капиталовложения в нее снижаются более резко, чем это имеет место для ТЭС. В этом главная причина стремления к сооружению крупных АЭС с большой единичной мощностью блоков. Для экономики АЭС характерно, что доля топливной составляющей в себестоимости вырабатываемой электроэнергии 30-40% (на ТЭС 60-70%).
Из-за аварии в Чернобыле в 1986 году программа развития атомной энергетики была сокращена. После значительного увеличения производства электроэнергии в 80-е годы темпы роста замедлились, а в 1992-1993 гг. начался спад. При правильной эксплуатации, АЭС - наиболее экологически чистый источник энергии. Их функционирование не приводит к возникновению “парникового” эффекта, выбросам в атмосферу в условиях безаварийной работы, и они не поглощают кислород.
К недостаткам АЭС можно отнести трудности, связанные с захоронением ядерных отходов, катастрофические последствия аварий и тепловое загрязнение используемых водоемов.
1.3 Гидроэлектростанции (ГЭС)
Весьма эффективные источники энергии. Они используют возобновимые ресурсы - механическую энергию падающей воды. Необходимый для этого подпор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Гидравлические установки позволяют сокращать перевозки и экономить минеральное топливо (на 1 кВт-ч расходуется примерно 0,4 т угля). Они достаточно просты в управлении и обладают очень высоким коэффициентом полезного действия (более 80%). Себестоимость этого типа установок в 5-6 раз ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала.
ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию. Напор ГЭС создаётся концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией (отводом воды из русла реки по каналу), либо плотиной и деривацией совместно.