Откуда берется электричество? Источники электроэнергии. Выработка электроэнергииВыработка электроэнергии на АЭС, атомные электростанции России, виды реакторов, аварийные режимы
Атомные электростанции (АЭС) производят электрическую и тепловую энергию через посредство термодинамического цикла. Ядерное топливо обладает весьма высокой теплотворной способностью – 1 кг урана 235 заменяет 2900 т угля. В России эксплуатируется 10 атомных электростанций (табл.2.1) с суммарной установленной мощностью 22,4 ГВт после пуска 3 блока Калининской АЭС. Выработка электроэнергии на АЭС России составляет около 15% в общей структуре производства электроэнергии. В отечественной энергетике получили распространение ядерные реакторы типов ВВЭР, РБМК, БН, ЭГП. Распределение реакторов различного типа по АЭС России показано в табл.2.1.
В табл.2.2 дано краткое сравнение реакторов различного типа по элек-трической мощности, количеству контуров, теплоносителю, способу замедления и типу нейтронов. Характерной особенностью АЭС, оказывающей первостепенное влияние на принципы построения схем электроснабжения потребителей среднего напряжения (далее СН), на выбор источников питания и кратности их резервирования, является наличие остаточных тепловыделений в активной зоне после срабатывания аварийной защиты – рис.2.2. Эти тепловыделения обусловлены наличием запаздывающих нейтронов, радиоактивным распадом осколков деления, накопившихся в процессе работы реактора, и энергией, аккумулированной в ядерном горючем, теплоносителе, замедлителе и в элементах конструкции. Наличие остаточных тепловыделений вызывает существенные отличия в электрической части АЭС, и прежде всего в системах электроснабжения механизмов СН нормальной эксплуатации и систем аварийного расхолаживания, по сравнению с электрической частью ТЭС. Действительно, после любой остановки АЭС, плановой или аварийной, нужно обеспечить непрерывную циркуляцию теплоносителя через активную зону для отвода энергии остаточных тепловыделений, а также работу теплообменных устройств для передачи энергии от теплоносителя в окружающую среду. Рис.2.2. Изменение остаточных тепловыделений в водо-водяных энергетических (1), канальных водографитовых (2) реакторах после их аварийной остановки. Вне зависимости от причины аварийной остановки реактора его расхолаживание должно осуществляться безотказно, включая и случаи исчезновения напряжения в сети СН от основный и резервных источников электроснабжения, связанных с сетью энергосистемы. Задачу электроснабжения должны при этом выполнять аварийные источники надежного питания. Это требование полностью относится и к электрооборудованию систем аварийного охлаждения реактора и локализации аварии, причем при разгерметизации контура циркуляции с выбросом теплоносителя и при действии средств пожаротушения кабельные трассы, распределительные устройства и другое оборудование могут оказаться в условиях высокой влажности и температуры и должны безотказно работать до полной ликвидации последствий аварии. Практика показывает, чти полное обесточивание всех главных циркуляционных насосов (ГЦН) реакторного и промежуточного контуров, а также питательных насосов и других потребителей СН– случай исключительно редкий, но в связи с тяжелыми последствиями такой аварии во всех реакторных установках предусматривают меры, обеспечивающие требуемый гарантированный расход теплоносителя. В соответствии со сказанным условимся называть расхолаживанием с аварийным обесточиванием процесс отвода остаточных тепловыделений от аварийно остановленного реактора при полном исчезновении напряжения в системе СН, подключенных к генераторам АЭС и к сети энергосистемы. Режим расхолаживания с обесточиванием не обязательно является следствием аварии в электрической части АЭС: он может возникнуть, например, в результате тяжелой системной аварии, сопровождающейся разделением энергосистемы на несинхронно работающие части, отключением агрегатов на электростанциях, в том числе и на рассматриваемой АЭС. Если при таких отключениях не удается сохранить энергоблок в работе на нагрузку СН, т. е. закроются стопорные клапаны турбин, а попытка подать питание от пускорезервных трансформаторов не увенчается успехом, то в этом случае может возникнуть режим расхолаживания реактора с полной потерей питания СН. Наиболее тяжелым для АЭС является совпадение во времени аварийного обесточивания с так называемой максимальной проектной аварией (МПА). В этом режиме происходит разуплотнение реакторного контура и необходима работа всего комплекса защитных и локализующих устройств и автономных источников электроснабжения. Прохождение режима расхолаживания ядерного реактора с аварийным обесточиванием, а также вероятность его возникновения во многом зависит от таких свойств ядерной энергетической установки, как устойчивость реактора при возмущениях в энергосистеме и в системе СН, от типа привода и инерции маховых масс ГЦН, от уровня мощности, при котором возможен переход на режим естественной циркуляции, от типа парогенераторов и конструкции барабанов сепараторов, от возможности использования инерции маховых масс турбогенераторов для целей расхолаживания, от наличия мощных автономных источников электроснабжения с малымвременем пуска. Наибольшие трудности в осуществлении расхолаживания реактора при аварийном обесточивании возникают при использовании ГЦН с малыми маховыми массами. Здесь для предотвращения кризиса теплосъема в активной зоне необходимо обеспечить питание электродвигателей ГЦН энергией выбега турбогенераторов до момента перехода на естественную циркуляцию в реакторном контуре. Наличие ГЦН с большими маховыми массами позволяет при аварийном обесточивании переходить на режим естественной циркуляции в реакторном контуре без обязательного использования энергии выбега турбогенераторов. На ТЭС, благодаря отсутствию остаточных тепловыделений, после аварийной остановки блока основная проблема заключается в обеспечении сохранности вращающегося технологического оборудования, что даже в условиях аварийного обесточивания сравнительно легко осуществляется спомощью аккумуляторной батареи и электродвигателей постоянного тока. Атомные электростанции (АЭС) производят электрическую и тепловую энергию через посредство термодинамического цикла. Ядерное топливо обладает весьма высокой теплотворной способностью – 1 кг урана 235 заменяет 2900 т угля. В России эксплуатируется 10 атомных электростанций (табл.2.1) с суммарной установленной мощностью 22,4 ГВт после пуска 3 блока Калининской АЭС. Выработка электроэнергии на АЭС России составляет около 15% в общей структуре производства электроэнергии. В отечественной энергетике получили распространение ядерные реакторы типов ВВЭР, РБМК, БН, ЭГП. Распределение реакторов различного типа по АЭС России показано в табл.2.1. В табл.2.2 дано краткое сравнение реакторов различного типа по электрической мощности, количеству контуров, теплоносителю, способу замедления и типу нейтронов. Характерной особенностью АЭС, оказывающей первостепенное влияние на принципы построения схем электроснабжения потребителей СН, на выбор источников питания и кратности их резервирования, является наличие остаточных тепловыделений в активной зоне после срабатывания аварийной защиты – рис.2.2. Эти тепловыделения обусловлены наличием запаздывающих нейтронов, радиоактивным распадом осколков деления, накопившихся в процессе работы реактора, и энергией, аккумулированной в ядерном горючем, теплоносителе, замедлителе и в элементах конструкции. Наличие остаточных тепловыделений вызывает существенные отличия в электрической части АЭС, и прежде всего в системах электроснабжения механизмов СН нормальной эксплуатации и систем аварийного расхолаживания, по сравнению с электрической частью ТЭС. Действительно, после любой остановки АЭС, плановой или аварийной, нужно обеспечить непрерывную циркуляцию теплоносителя через активную зону для отвода энергии остаточных тепловыделений, а также работу теплообменных устройств для передачи энергии от теплоносителя в окружающую среду. Рис.2.2. Изменение остаточных тепловыделений в водо-водяных энергетических (1), канальных водографитовых (2) реакторах после их аварийной остановки. Вне зависимости от причины аварийной остановки реактора его расхолаживание должно осуществляться безотказно, включая и случаи исчезновения напряжения в сети СН от основный и резервных источников электроснабжения, связанных с сетью энергосистемы. Задачу электроснабжения должны при этом выполнять аварийные источники надежного питания. Это требование полностью относится и к электрооборудованию систем аварийного охлаждения реактора и локализации аварии, причем при разгерметизации контура циркуляции с выбросом теплоносителя и при действии средств пожаротушения кабельные трассы, распределительные устройства и другое оборудование могут оказаться в условиях высокой влажности и температуры и должны безотказно работать до полной ликвидации последствий аварии. Практика показывает, чти полное обесточивание всех главных циркуляционных насосов (ГЦН) реакторного и промежуточного контуров, а также питательных насосов и других потребителей СН– случай исключительно редкий, но в связи с тяжелыми последствиями такой аварии во всех реакторных установках предусматривают меры, обеспечивающие требуемый гарантированный расход теплоносителя. В соответствии со сказанным условимся называть расхолаживанием с аварийным обесточиванием процесс отвода остаточных тепловыделений от аварийно остановленного реактора при полном исчезновении напряжения в системе СН, подключенных к генераторам АЭС и к сети энергосистемы. Режим расхолаживания с обесточиванием не обязательно является следствием аварии в электрической части АЭС: он может возникнуть, например, в результате тяжелой системной аварии, сопровождающейся разделением энергосистемы на несинхронно работающие части, отключением агрегатов на электростанциях, в том числе и на рассматриваемой АЭС. Если при таких отключениях не удается сохранить энергоблок в работе на нагрузку СН, т. е. закроются стопорные клапаны турбин, а попытка подать питание от пускорезервных трансформаторов не увенчается успехом, то в этом случае может возникнуть режим расхолаживания реактора с полной потерей питания СН. Наиболее тяжелым для АЭС является совпадение во времени аварийного обесточивания с так называемой максимальной проектной аварией (МПА). В этом режиме происходит разуплотнение реакторного контура и необходима работа всего комплекса защитных и локализующих устройств и автономных источников электроснабжения. Прохождение режима расхолаживания ядерного реактора с аварийным обесточиванием, а также вероятность его возникновения во многом зависит от таких свойств ядерной энергетической установки, как устойчивость реактора при возмущениях в энергосистеме и в системе СН, от типа привода и инерции маховых масс ГЦН, от уровня мощности, при котором возможен переход на режим естественной циркуляции, от типа парогенераторов и конструкции барабанов сепараторов, от возможности использования инерции маховых масс турбогенераторов для целей расхолаживания, от наличия мощных автономных источников электроснабжения с малымвременем пуска. Наибольшие трудности в осуществлении расхолаживания реактора при аварийном обесточивании возникают при использовании ГЦН с малыми маховыми массами. Здесь для предотвращения кризиса теплосъема в активной зоне необходимо обеспечить питание электродвигателей ГЦН энергией выбега турбогенераторов до момента перехода на естественную циркуляцию в реакторном контуре. Наличие ГЦН с большими маховыми массами позволяет при аварийном обесточивании переходить на режим естественной циркуляции в реакторном контуре без обязательного использования энергии выбега турбогенераторов. На ТЭС, благодаря отсутствию остаточных тепловыделений, после аварийной остановки блока основная проблема заключается в обеспечениисохранности вращающегося технологического оборудования, что даже в условиях аварийного обесточивания сравнительно легко осуществляется с помощью аккумуляторной батареи и электродвигателей постоянного тока.Читайте о ГЭС и ГАЭС»>выработкеэлектроэнергии на ГЭС и ГАЭС. pue8.ru Откуда берется электричество? Источники электроэнергииЖизнь современного человека организована таким образом, что ее инфраструктурное обеспечение задействует множество компонентов с разными технико-функциональными свойствами. К таким относится и электроэнергия. Рядовой потребитель не видит и не ощущает, как именно она выполняет свои задачи, но конечный результат вполне заметен в работе бытовой техники, да и не только. При этом вопросы, касающиеся того, откуда берется электричество, в представлении многих пользователей тех же домашних приборов остаются нераскрытыми. Для расширения знаний в этой области стоит начать с понятия об электроэнергии как таковой.
Что такое электричество?Сложность данного понятия вполне объяснима, так как энергию невозможно обозначить как обычный предмет или явление, доступное визуальному восприятию. При этом существуют два подхода к ответу на вопрос о том, что такое электричество. Определение ученых гласит, что электричество является потоком заряженных частиц, который характеризуется направленным движением. Как правило, под частицами понимаются электроны. В самой же отрасли энергетики чаще рассматривают электроэнергию как продукт, вырабатываемый подстанциями. С этой точки зрения имеют значение и элементы, которые непосредственно участвуют в процессе формирования и передачи тока. То есть в данном случае рассматривается энергетическое поле, создаваемое вокруг проводника или другого заряженного тела. Чтобы приблизить такое понимание энергии к реальному наблюдению, следует разобраться с таким вопросом: откуда берется электричество? Существуют разные технические средства для производства тока, и все они подчинены одной задаче — снабжению конечных потребителей. Впрочем, до момента, когда пользователи смогут обеспечить свои приборы энергией, она должна пройти несколько этапов.
Выработка электричестваНа сегодняшний день в сфере энергетики применяется порядка 10 видов станций, которые обеспечивают генерацию электричества. Это процесс, в результате которого происходит преобразование определенного вида энергии в токовый заряд. Иными словами, электричество формируется в ходе переработки другой энергии. В частности, на специализированных подстанциях используют в качестве основного рабочего ресурса тепловую, ветреную, приливную, геотермальную и другие виды энергии. Отвечая на вопрос относительно того, откуда приходит электричество, стоит отметить инфраструктуру, которой обеспечена каждая подстанция. Любой электрогенератор обеспечен сложной системой функциональных узлов и сетей, которые позволяют аккумулировать вырабатываемую энергию и готовить ее для дальнейшей передачи на узлы распределения.
Традиционные электростанцииХотя за последние годы тенденции в энергетике меняются быстрыми темпами, можно выделить основные виды электростанций, работающих по классическим принципам. В первую очередь это объекты тепловой генерации. Выработка ресурса производится в результате сгорания органического топлива и последующего преобразования выделяемой тепловой энергии. При этом существуют разные виды таких станций, в числе которых теплофикационные и конденсационные. Главным отличием между ними является возможность объектов второго типа также генерировать и тепловые потоки. То есть при ответе на вопрос о том, откуда берется электричество, можно отметить и станции, которые параллельно производят и другие виды энергии. Кроме тепловых объектов выработки, достаточно распространены гидро- и атомные станции. В первом случае предполагается преобразование энергии от движения воды, а во втором — в результате деления атомов в специальных реакторах.
Альтернативные источники энергииК данной категории источников энергии принято относить солнечные лучи, ветер, земельные недра и т. д. Особенно распространены различные генераторы, ориентированные на аккумуляцию и преобразование в электричество солнечной энергии. Подобные установки привлекательны тем, что их может использовать любой потребитель в объемах, требуемых для снабжения его дома. Впрочем, широкому распространению подобных генераторов мешает высокая стоимость оборудования, а также нюансы в эксплуатации, обусловленные зависимостью рабочих фотоэлементов от интенсивности света. На уровне крупных энергетических компаний активно развиваются ветряные альтернативные источники электричества. Уже сегодня целый ряд стран использует программы постепенного перехода на этот вид энергообеспечения. Впрочем, и в данном направлении есть свои препятствия, обусловленные маломощностью генераторов при высокой стоимости. Относительно новым альтернативным источником энергии является естественное тепло Земли. В данном случае станции преобразуют тепловую энергию, полученную из глубин подземных каналов.
Распределение электроэнергииПосле выработки электроэнергии начинается этап ее передачи и распределения, который обеспечивается энергосбытовыми компаниями. Поставщики ресурса организуют соответствующую инфраструктуру, основу которой составляют электрические сети. Существует два вида каналов, по которым реализуется передача электричества, — воздушные и подземные кабельные линии. Данные сети являются конечным источником и главным ответом на вопрос о том, откуда берется электричество для разных нужд пользователей. Организации-поставщики прокладывают специальные трассы для организации сетевого распределения электроэнергии, используя при этом разные виды кабелей. Потребители электричестваЭлектроэнергия требуется для самых разных задач как в бытовом хозяйстве, так и в промышленном секторе. Классическим примером использования данного носителя энергии является освещение. Однако в наши дни электричество в доме служит для обеспечения работы более широкого спектра приборов и оборудования. И это лишь небольшая часть потребностей общества в энергоснабжении.
Данный ресурс также требуется для поддержания работы транспортной инфраструктуры: для обслуживания линий троллейбусов, трамваев и метро и т. д. Отдельно стоит отметить промышленные предприятия. Заводы, комбинаты и перерабатывающие комплексы зачастую требуют подключения огромных мощностей. Можно сказать, это самые крупные потребители электроэнергии, использующие данный ресурс для обеспечения работы технологического оборудования и местной инфраструктуры. Управление объектами электроэнергетикиПомимо организации электросетевого хозяйства, которое технически обеспечивает возможность передачи и распределения энергии для конечных потребителей, работа данного комплекса невозможна без систем управления. Для реализации этих задач поставщики используют оперативно-диспетчерские пункты, сотрудники которых реализуют централизованный контроль и управление работой вверенных им объектов электроэнергетики. В частности, подобные службы контролируют параметры сетей, к которым подключаются потребители электроэнергии на разных уровнях. Отдельно стоит отметить и отделы диспетчерских пунктов, которые выполняют техобслуживание сетей, предотвращая износы и восстанавливая повреждения на отдельных участках линий.
ЗаключениеЗа все время существования энергетическая отрасль претерпела несколько этапов своего развития. В последнее время наблюдаются новые перемены, обусловленные активным освоением альтернативных источников энергии. Успешное развитие этих направлений уже сегодня дает возможность использовать электричество в доме, полученное от индивидуальных бытовых генераторов независимо от центральных сетей. Впрочем, и в этих отраслях есть определенные сложности. В первую очередь они связаны с финансовыми затратами на закупку и монтаж соответствующего оборудования — тех же солнечных панелей с аккумуляторами. Но поскольку энергия, вырабатываемая от альтернативных источников, является полностью бесплатной, то перспективы дальнейшего продвижения этих областей сохраняют актуальность для разных категорий потребителей. fb.ru Выработка - электрическая энергия - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Выработка - электрическая энергияCтраница 1 Выработка электрической энергии осуществляется на станциях, которые в зависимости от вида первичной преобразуемой энергии носят специальные наименования. [1] Выработка электрической энергии на ГЭС определяется среднегодовым расходом воды. В балансах электрической энергии выработка ГЭС обычно учитывается ее среднемноголетней величиной, соответствующей 50 % - ной обеспеченности среднегодового расхода воды. Поскольку речной сток колеблется из года в год, вводится понятие гарантированной выработки ГЭС, соответствующей наиболее маловодным условиям. Принимаемая гарантированная энергоотдача ГЭС зависит от затрат на развитие ЭЭС и ущербов потребителей от недоотпуска электроэнергии и устанавливается в результате специальных технико-экономических расчетов. [2] Чаксимальная выработка электрической энергии теплофикационными электростанциями на тепловом потреблении возможна только при совместной работе с мощными конденсационными электростанциями и гидростанциями, рабочая мощность которых следует спросу на электрическую мощность. В отечественных энергосистемах на долю ТЭЦ приходится около 30 % всей вырабатываемой энергии. Приблизительно половина этой энергии вырабатывается на тепловом потреблении и половина - с пропуском пара в ступени низкого давления и конденсаторы. [4] Для выработки электрической энергии с помощью ядерной энергии существует, как это указывалось в предыдущем разделе, три различных подхода. К ним относятся реакции деления с размножением ядерного горючего или без него, а также реакции ядерного синтеза. [5] Для выработки электрической энергии в промышленно развитых странах в настоящее время расходуется более 25 % всех используемых топливных ресурсов. Эта тенденция характерна для экономики Советского Союза. [6] Рост выработки электрической энергии требует совершенствования организации передачи и распределения электроэнергии. Значительную роль в передаче и распределении электрической энергии играют городские электрические сети. [7] Увеличение выработки электрической энергии, рост жилого фонда, улучшение комфорта жилищ связано с широким применением бытовых электронагревательных приборов в домашнем хозяйстве городского и сельского населения. [8] Поскольку выработку электрической энергии экономически целесообразно производить на переменном токе, то возникает необходимость в преобразовании переменного тока в постоянный и постоянного в переменный. [9] По выработке электрической энергии Российская Федерация занимает первое место в Европе и второе место в мире. Основное производство электрической энергии осуществляется на тепловых электростанциях, затем - на гидроэлектростанциях. [10] При выработке электрической энергии на современных КЭС в холодный источник, т.е. в окружающую среду, отводится около 60 % теплоты, подводимой в цикле. [11] С ростом выработки электрической энергии возрастет производство электрических машин, в том числе электродвигателей, необходимых для привода в движение станков, машин и различных других механизмов на заводах, фабриках, РТС. [12] С ростом выработки электрической энергии увеличится производство электрических машин, в том числе электродвигателей, необходимых для привода в движение станков, машин и различных других механизмов. [13] Сезонная неравномерность выработки электрической энергии и тепла, а следовательно, и расхода топлива ( рис. 2 - 3, 2 - 4) при практически равномерной его добыче требует в ряде случаев сооружения крупных складов топлива при электростанциях. [15] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ru Выработка электроэнергии электростанцией на природном газеПриродный газ является общим термином, используемым для смеси углеводородов, которые являются результатом разложения растительных и животных материалов в течение миллионов лет. Энергия природного газа представляет ископаемое топливо и, следовательно, представляет невозобновляемые источники энергии. Она образовалась, когда доисторические останки животных и растений находились под землей и подвергались высоким температурам и давлениям в течение миллионов лет. Эта энергия наряду с нефтью и углем считается ископаемым топливом и, подобно нефти и углю, встречается в подземных резервуарах, расположенных во многих районах мира. Основные компоненты природного газа представляют углеводороды: метан с формулой Ch5, а также этан с формулой C2H6, пропан с формулой C3H8, бутан с формулой C4h20. Природный газ самый чистый из всех видов ископаемого топлива. Запасы энергии природного газа, как и другие виды ископаемого топлива, ограничены и поэтому не являются возобновляемым ресурсом. Применение природного газа производит относительно малую долю оксидов азота и углекислого газа по сравнению с нефтью и углем, а также в результатах практически нет твердых частиц или выбросов диоксида серы. Поэтому он становится привлекательным «переходным» топливом по мере того, как энергоснабжение уходит от загрязняющих источников, таких как уголь и ядерные источники в сторону более чистых возобновляемых технологий. Как генерируется газовая энергия?Есть два основных типа электростанций, используемых для преобразования энергии природного газа в электричество — открытый цикл и комбинированный цикл. В электростанции комбинированного цикла, тепло, которое образуется от сгорания приводит в действие турбину назначение которой для того чтобы закипятить воду и создать пар, управляя второй турбиной для того, чтобы произвести даже больше электричества. Это позволяет таким электростанциям преобразовывать до 50% энергии, содержащейся в природном газе — намного больше, чем 33% конверсия угольных электростанций. По этой причине газопоршневые электростанции комбинированного цикла, как правило, используются для обеспечения ежедневной базовой нагрузки, в то время как открытые станции работают во время пикового спроса. Турбины сгорания основаны на принципе реактивных двигателей. С технологией турбины горит природный газ, создавая перегретый воздух, который после этого закачивается в трубы и используется для того чтобы управлять турбиной. Энергия природного газа может также использоваться в технологиях топливных элементов, которые опираются на химические реакции для создания электричества при гораздо более высоких уровнях эффективности, чем это может быть получено при сжигании ископаемого топлива. Каковы экологические проблемы?Природный газ оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем уголь. На основе данных сжигание природного газа генерирует примерно вдвое меньше углекислого газа или CO2, чем уголь, меньше твердых частиц и очень мало двуокиси серы или токсичных выбросов в атмосферу. Однако сжигание природного газа может привести к образованию оксидов азота и окиси углерода в количествах, сопоставимых со сжиганием угля. Продолжающееся использование этих ресурсов неизбежно приводит к выбросам метана, который является мощным парниковым газом, способствующим глобальному изменению климата. Бурение и разведка природного газа может негативно повлиять на среду обитания дикой природы, дикую природу и общее состояние атмосферы. Среди возможных негативных последствий, связанных с этим топливом, можно назвать эрозию, снижение продуктивности почв, увеличение стока, оползни и наводнения. Если сравнивать природный газ со сжиганием угля, выбросы CO2 значительно ниже, но сжигание природного газа по-прежнему приводит к чистому увеличению выбросов CO2 и, следовательно, может способствовать изменению климата. В зависимости от типа технологии сжигания и конструкции установки газовая установка может оказать значительное воздействие на водные ресурсы. Турбины сгорания не используют значительных количеств воды, но электростанции комбинированного цикла имеют участок для охлаждения пара который может требовать значительных количеств воды. Подход компаний к энергии газаГазовые электростанции как источники электрической энергии улучшают надежность нашего общего энергоснабжения. Когда погодные условия ограничивают возможности непостоянных источников энергии, таких как ветер, для выработки электроэнергии, газовые электростанции могут повысить свою производительность, чтобы восполнить дефицит. Это гарантирует, что всегда есть достаточно электричества, чтобы удовлетворить спрос. Сжигание газа также выделяет парниковые газы. Технология улавливания и хранения углерода может представлять собой возможное решение, но пока еще не доказана работа в промышленных масштабах. Ожидается, что технология улавливания и хранения углерода также увеличит стоимости строительства газовой электростанции, а также снизит её эффективность. Вполне вероятно, что в обозримом будущем газовые электростанции будут оставаться частью электроэнергетического комплекса мира, а в долгосрочной перспективе газ может играть заметную роль. Газовые электростанции могут обеспечить гибкую, надежную электрическую мощность, но цены изменчивы и могут резко возрасти или упасть в ответ на международные события, не зависящие от страны. Преимущества газовых электростанцийОдним из основных преимуществ использования газа для производства электроэнергии является то, что газовые электростанции имеют чрезвычайно быстрое время запуска, поэтому они часто используются для удовлетворения пиковых потребностей в электроэнергии. Газотурбинная электростанция занимает всего 10-20 минут для достижения максимальной мощности по сравнению с несколькими часами для угольных электростанций и до двух дней для ядерных станций. ВыводыЭнергия природного газа является невероятно универсальным топливом, а также используется как эффективный источник в своем собственном праве для отопления, приготовления пищи и горячей воды, это также средство для производства электроэнергии. Газовые электростанции преобразуют тепловую энергию от сжигания природного газа в электроэнергию, которую можно использовать в жилых домах и на предприятиях. При большей эксплуатационной гибкости и более чистом сжигании, чем угольные электростанции, все больше и больше газовых электростанций строятся по всему миру, и сегодня природный газ производит около 15% электроэнергии мира. beelead.com Выработка и потребление электроэнергии в миреСкачать в PDF-формате На изображении представлена информация о количестве энергии, вырабатываемой в мире на душу населения в тоннах эквивалентного углеводородного топлива. Количество вырабатываемой электроэнергии представлено в виде кругов, а сектора указывают долю каждого способа получения энергии (зелёный — альтернативная энергия, жёлтый — ископаемое топливо, синий — ядерная энергия, коричневый — другие источники возобновляемой энергии /дрова, биотопливо, муниципальные отходы/).Выбросы CO2 в зависимости от способа получения электроэнергии (в граммах CO2 на каждый кВт·ч):Первая цифра — эмиссия CO2 при использовании новейших технологий, вторая цифра — эмиссия CO2 при использовании устаревших технологий. Уголь: 966 / 130Нефть: 800 / 900Природный газ: 439 / 688Солнечная энергия: 99 / 278Биотопливо: 31 / 61Энергия ветра (на суше): 28 / 47Энергия воды (гидроэнергетика): 4 / 23Ядерная энергия: 9 / 21Энергия ветра (на побережье): 9 Сжигание 1 литра автомобильного топлива сопровождается поступлением в атмосферу 2330 грамм углекислого газа. Потребление электроэнергии в миреСкачать в PDF-формате Начиная с 1980 года глобальное потребление электроэнергии возросло с 7300 до 17400 миллиардов кВт·ч. Для многих эти цифры ни о чём не говорят. Так что же можно сделать, затратив 1 кВт·ч электроэнергии?— 6,5 часов смотреть телевизор;— 1 час печь в духовке пирог;— На протяжении 5,5 часов не выключать 3 лампочки;— Постирать 5 кг белья в прачечной. Ежегодное потребление электроэнергии на душу населения по субрегионам (в кВт·ч):1. Северная Америка (13088)2. Австралия и Новая Зеландия (10608)3. Западная Европа (6862)4. Аравийский полуостров (5231)5. Бывший Советский Союз (4305)6. Центральная Европа (2884)7. Восточная Азия (2560) Какое количество электроэнергии потребляют бытовые приборы?1. Холодильник (300 л): 240 — 320 кВт·ч в год2. Стиральная машина (5 кг белья, 60°C): 0,85 — 1,05 кВт·ч за цикл3. Электрическая сушилка белья (7 кг белья): 2,4 — 4,4 кВт·ч за цикл4. Электроплита с духовкой: конфорка (диаметром 145-180 мм) 1 — 2,3 кВт·ч за час; духовка (200°C): 0,9 — 1,1 кВт·ч за час5. Кофеварка (на приготовление 8-12 чашек): 0,8 — 1,2 кВт·ч6. Компьютер: 0,1 — 0,5 кВт·ч7. Телевизор (82 см LCD): 0,1 — 0,2 кВт·ч8. Лампа накаливания: 60 Вт·ч9. Энергосберегающая флуоресцентная лампа: 16 Вт·ч (Visited 2 748 times, 1 visits today) www.priroda.su Топливные элементы для выработки электроэнергии11 08 2016 greenman Пока нет комментариев
Много лет ученые пытаются повысить к.п.д. тепловых машин — совершенствуют конструкции агрегатов, увеличивают их мощность и т. д. Но повышение к.п.д. сверх 40% связано с большими трудностями. Поэтому заманчива другая идея — полностью отказаться от тепловых машин и использовать химическую энергию окисления топлива, минуя промежуточное выделение тепловой энергии – создать топливный элемент. На принципиальную возможность такого превращения указывает нам окружающая природа. Любой организм черпает необходимую энергию из органических видов топлива — пищевых продуктов. В организме происходит то же самое окисление топлива, что и в тепловой машине, образуются те же конечные продукты реакции — вода и углекислый газ. Но в машине окисление происходит с выделением тепловой энергии, что вызывает сильное нагревание среды, а в организме энергия выделяется в основном в виде механической энергии мускульных сокращений, и температура окружающего пространства почти не повышается. Коэффициент преобразования энергии в живом организме достигает 60—70%. О таких показателях конструкторы тепловых машин даже и не мечтают. Итак, химическая энергия может превращаться прямо в механическуюА может и напрямую в электрическую. Этой цели и служат топливные элементы. Проблемой непосредственного превращения химической энергии в электрическую и электрической в химическую занимается электрохимия. Эта наука зародилась в самом начале XIX века. В наши дни она переживает свою вторую молодость. Электрохимические реакции отличаются от обычных химических реакций тем, что в них участвуют свободные электроны. В ходе такой реакции свободные электроны либо выделяются, либо поглощаются. В первой половине XIX века единственными практическими источниками электрического тока были гальванические элементы — электрохимические источники тока. С их помощью стали возможны многочисленные открытия в области теории электричества. В 1834 г. петербургский академик Б.С. Якоби создал первый электрический двигатель. Он действовал от электрохимического источника тока. Действие такого источника тока основывается на эффекте протекания электрохимических реакций, и, по сути, схоже с принципом работы топливного элемента. Электрохимические реакции протекают на поверхности металлических электродов, погруженных в раствор электролита. Электроны в обычных условиях не могут существовать в водном растворе в свободном состоянии; поэтому их и подводят к реагирующим веществам или отводят от них по электроду. Электрохимические реакции играют большую роль в техникеВ течение почти всей первой половины XIX века, единственными источниками электрического тока, которые помогали совершать многочисленные открытия в области теории электричества, были электрохимические источники тока, или гальванические элементы. Без этих источников невозможно себе представить ни развития представлений об электромагнетизме, ни создания основ электротехники, ни даже появления первых электромагнитных двигателей и генераторов. Зарождение электроэнергетики неразрывно связано с электрохимическими источниками тока и электрохимическими реакциями, с превращением химической энергии в электрическую. Топливные элементы тогда были еще делом будущего. Во второй половине XIX века электрохимические источники тока уступили место электромагнитным генераторам, оказавшимся более удобными для производства электроэнергии в больших масштабах. Но сама электрохимия продолжала развиваться. Появились большие электрохимические производства. С помощью электролиза стали получать не только водород и кислород, хлор и щелочи, но и такие металлы, как магний и алюминий, занимающие почетное место во многих отраслях современной техники. Техника начала требовать материалы высокой чистоты, а электрохимические методы — растворение и осаждение — помогли получить чистую медь и другие чистые металлы. Существует электрохимический процесс, который приносит человечеству миллиардные убытки. Это процесс коррозии металлов. Заметим попутно, что электрохимические реакции не всегда приносят пользу. Есть электрохимический процесс, который приносит человечеству неисчислимые убытки. Это коррозия металлов, уносящая каждый год десятую долю всего выплавляемого железа. Перед лицом такого бедствия электрохимикам приходится изобретать средства не только для ускорения электрохимических реакций, но и для их замедления. Электрохимические методы помогают химикам обнаруживать при анализе различные вещества. С помощью особого прибора — полярографа можно осаждать на поверхности ртутной капли малейшие количества вещества из раствора и регистрировать их. Существуют электрохимические приборы, которые улавливают и регистрируют звуковые колебания, измеряют давление, ускорение, вибрации и разнообразные другие физические величины. Электрохимические реакции хороши тем, что их скорость можно регулировать довольно простыми способами. Это очень важно, когда имеешь дело с несколькими реакциями одновременно. Замедляя одни реакции и ускоряя другие, можно направить общее течение процессов в желаемое русло, т. е. управлять процессами. Поэтому одним из важнейших разделов электрохимической теории, начавшей по-настоящему развиваться в 30-х годах нынешнего столетия, стало учение о скорости электрохимических реакций, или электрохимическая кинетика. Исследование основных законов электрохимической кинетики позволило усовершенствовать важнейшие электрохимические процессы, в том числе и те, которые были присущи первым источникам тока — гальваническим элементам. Электрохимические источники тока к концу прошлого века почти полностью потеряли свое значение как источники электроэнергии. Они не могли конкурировать с промышленными электростанциями. И все же ученые вынуждены были вернуться к ним и заняться их изучением и совершенствованием. Этого требовала жизнь. Переносной радиоаппаратуре требовались автономные (не связанные с электрической сетью) источники питания, надежные и удобные. В таких источниках испытывают нужду и средства транспорта — самолеты, автомобили, а теперь и космические корабли. За последние тридцать лет для этих целей созданы десятки типов гальванических элементов и аккумуляторов, достаточно мощных и энергоемких. Но как бы ни были совершенны гальванические элементы и аккумуляторы, если можно воспользоваться электроэнергией от сети, конкурировать с электрогенераторами они не в силах (это под силу только топливным элементам). Поэтому наметилось совершенно четкое деление способов выработки и потребления энергии: в «большой энергетике» электрическая энергия вырабатывается на электростанциях и распределяется по сетям к потребителю, в «малой энергетике» применяют автономные, малогабаритные, но и относительно маломощные источники электроэнергии для питания аппаратуры, которая не может быть присоединена к электросети. Ясно, что внедрение топливных элементов позволит стереть грань между «сетевым» и «аккумуляторным» электричеством, ведь получить энергию на месте будет наверняка проще и дешевле, нежели тащить ее по кабелю. И в той и в другой области электроэнергию получают за счет химической энергии окисления топлива. В электрохимических источниках тока превращение происходит прямо и непосредственно, с большим к.п.д. Тепловым станциям, как мы уже убедились, свойственно многоступенчатое превращение энергии, и к.п.д. там невысок. Создается парадоксальное положение: энергетика отдает предпочтение не простому и выгодному электрохимическому методу, а сложному и неэффективному многоступенчатому превращению. Парадокс этот вызван, прежде всего, экономическими соображениями. В котельных тепловых электростанций сжигают дешевое природное топливо; в электрохимических же источниках тока издавна использовали такие экзотические (с экономической точки зрения) виды «топлива», как цинк, магний, свинец или в лучшем случае железо. Ясно, что никакой к.п.д. не окупит расходы на такое «топливо». Кроме того, тепловая энергетика пользуется даровым окислителем — кислородом воздуха, а электро-химические источники тока требуют в качестве окислителей все ту же «экзотику», например двуокись марганца, а иногда даже окись серебра. Вторым существенным недостатком электрохимических элементов была прерывистость их действия. В элемент заложен определенный запас активных материалов («топлива» и окислителя), рассчитанный на выработку какого-то количества электрической энергии. Запас израсходован, и элемент надо заменять другим или перезаряжать. Тепловая же машина работает непрерывно, топливо и окислитель подводят к ней без перебоев. Как же преодолеть эти противоречия?Очевидно, надо подумать над тем, как применить электрохимический метод к обычному топливу и как сделать процесс непрерывным. Эту задачу и решают топливные элементы. Современные, поставляемые «под ключ» топливные элементы, хоть и стоят дорого, зато позволяют сократить расход топлива на производство электроэнергии в полтора-два раза. Рассмотрим принципы их работы. И плазменный, и термоэлектрический, и термоэлектронный генераторы превращают тепло в электрическую энергию. Ну, а откуда берется тепло? От сжигания топлива. Значит, с помощью наших трех необычных генераторов мы все-таки не сразу получаем электричество из топлива. Химическую энергию горючего нам приходится сперва превращать в тепло, а уж потом — в электричество. Нельзя ли превращать химическую энергию непосредственно в электрическую? Оказалось, что можноВсем нам хорошо знакома электрическая батарейка. Это гальванический элемент. Главный принцип работы такого элемента — превращение химической энергии в электрическую. Высокий к.п.д., бесшумность, надежность, отсутствие подвижных частей — все это замечательные качества элемента. Но, подобно батарейке, любой гальванический элемент, даже очень мощный, недолговечен. Отдавая химическую энергию, растворяется его катод, напряжение элемента падает, а затем исчезает совсем. Желая продлить жизнь элемента, мы должны делать его катодную пластину очень большой и тяжелой: ведь именно в ней заключен запас топлива. Но тогда получается громоздкая, дорогая установка, возвращающая нас в прошлое техники. А если не погружать в банку элемента сразу весь запас топлива, а подавать его туда постепенно и там превращать его энергию в электричество? Впервые мысль эта пришла русскому ученому П. Н. Яблочкову. Он поставил много опытов, но результата не добился. Топливные элементы были созданы лишь 70 лет спустя. Ученые вспомнили о том, что электрический ток, проходя через воду, легко разлагает ее на водород и кислород. Такие опыты делают в каждой школе. Так нельзя ли сделать наоборот — заставить кислород и водород соединяться в молекулы воды? При этом, оказывается, возвращается то, что мы затрачиваем на разложение воды, — электрическая энергия! Первые топливные элементы работали на водороде и кислородеОба эти газа подавались по трубкам в ванну с едкой щелочью. Там после нескольких химических реакций получалась вода и на опущенных в ванну электродах появлялась разность потенциалов — электрическое напряжение. В таком элементе топливом служит водород, который окисляется кислородом. В результате получаются вода и электрическая энергия. Образно говоря, водород сжигается без огня; в самом деле, ведь любое горение — это окисление топлива кислородом. Один такой элемент действовал в лаборатории несколько лет и ни на минуту не снизил мощности, правда, пока довольно маленькой. А его к.п.д. оказался равным 76%. Именно такой высокий к.п.д. привлекает сейчас к топливным элементам всеобщее внимание. Дело в том, что его можно повышать и дальше, до 90%! Такой экономичности не дает никакое другое энергетическое превращение. Плохо, конечно, что топливом служит водород: он довольно дорог, требует осторожного обращения, тяжелых баллонов для перевозки. Но уже построены топливные элементы, где сжигается без огня более удобное топливо, например нефтяной газ пропан. Ученые считают, что со временем в топливных элементах можно будет расходовать разные виды топлива — не только газы, но и жидкости, а может быть, — кто знает! — и твердые «поленья». Это будет великим достижением электроэнергетики. Вот уже почти столетие ученые многих стран ищут пути прямого преобразования химической энергии дешевого топлива в электрическую. Создать топливные элементы оказалось чрезвычайно трудно. Во-первых, обычное топливо так медленно поддавалось электрохимическому окислению, что о мало-мальски приемлемой мощности не могло быть и речи. Во-вторых, топливные элементы были чрезвычайно недолговечными. Их свойства быстро ухудшались, электрические характеристики падали, и элементы теряли всякую работоспособность. До середины 20 века проблема создания надежных и эффективных топливных элементов многим казалась почти неразрешимой и бесперспективной. Но энтузиасты-исследователи продолжали развивать теоретические основы электрохимии, они искали новые материалы и новые катализаторы, и их исследования увенчались успехом, о чем свидетельствуют регулярно появляющиеся новые образцы топливных элементов. Как же они устроены?Топливный элемент существенно отличается от обычного гальванического элемента старого типа. Топливо и окислитель, необходимые для электрохимической реакции, не закладываются в него заранее, а непрерывно подводятся к нему в процессе работы. Для удобства подвода компонентов желательно, чтобы они были в газообразном или жидком состоянии. От тепловой машины топливный элемент отличается тем, что окисление происходит в нем не химическим путем (путем горения), а электрохимическим. При обычном химическом окислении электроны с молекул топлива переходят на частицы окислителя. Если бы этот переход был упорядочен, т. е. совершался преимущественно в одном направлении, мы получили бы электрический ток. Но в пламени частицы топлива и окислителя перемешаны, и электронный переход совер-шается хаотично, во всех направлениях. Энергия процесса рассеивается в виде тепла. Смысл электрохимического окисления как раз и заключается в упорядочении электронных переходов. Для этого, прежде всего, необходимо разделить частицы топлива и окислителя. Топливо и окислитель подводятся к электродам, на которых возможны электрохимические реакции выделения и присоединения электронов. Рассмотрим в качестве примера простейшую электрохимическую реакцию окисления водорода кислородом. Водород подводится к электроду, выбранному так, чтобы на нем могла протекать реакция окисления водорода с образованием водородных ионов и электронов. Другой электрод выбирается таким образом, чтобы на нем подаваемый кислород мог восстановиться в воду. Если соединить электроды металлическим проводником (электрической цепью), то реакции на обоих электродах все время будут протекать слева направо. Образующиеся на первом электроде электроны по внешней цепи переходят на второй электрод — по цепи течет электрический ток, совершающий электрическую работу. Электрическая цепь замыкается электролитом, в котором образующиеся ионы водорода также переносятся ко второму электроду. Необходимая для электрической работы энергия получается за счет энергии химического процесса. Суммарной химической реакцией, протекающей на обоих электродах, является реакция образования воды. Сложность создания топливных элементов заключается в подборе электродов (и электролита), которые были бы достаточно активны. Для увеличения скорости электрохимических реакций, как и для реакций химических, часто используют катализаторы. Катализаторы находятся на поверхности или в порах электродов; чтобы они не теряли свою активность и служили как можно дольше, ХИМРШИ подвергают их специальной обработке. Водородно-кислородный элементОснова простейшего водородно-кислородного топливного элемента — два электрода, на которых происходят электрохимические реакции ионизации газов. Электроды имеют вид тонких пористых дисков, получаемых прессованием и спеканием металлических порошков, чаще всего никелевого порошка. В электрод (либо в процессе изготовления, либо потом) введен катализатор. Электроды укрепляют в ячейке так, чтобы с одной стороны они соприкасались с раствором электролита. Края электродов тщательно герметизированы. Через обратную сторону к электродам подаются газы: к одному — водород, к другому — кислород. Газы нагнетают под слегка повышенным давлением, так что они частично вытесняют электролит из пор электродов. Таким образом, внутри пористого электрода создаются участки контакта трех тел — твердого электрода, жидкого электролита и газообразного реагента (водорода или кислорода). Вблизи этих так называемых трехфазных границ раздела и происходит токообразующая электрохимическая реакция. От электродов ток с помощью специальных токоотводов отводится во внешнюю цепь. В качестве электролита в водородно-кисло-родных элементах обычно применяют сорокапроцентный раствор щелочи КОН. Рабочая температура поддерживается равной 70—100°Ц. Если внешняя цепь разомкнута, то электроны, естественно, не могут перейти с одного электрода на другой: после выделения некоторого количества электронов на водородном электроде и поглощения некоторого количества электронов на кислородном процесс прекращается. Между электродами устанавливается разность потенциалов, называемая электродвижущей силой (э. д. с.) или напряжением разомкнутого элемента. Для водородно-кислородных элементов напряжение при разомкнутой цепи равно 1,0 —1,1 в, причем более отрицательным является водородный электрод (на нем электроны выделяются и частично накапливаются). Замкнем внешнюю цепь, подключив к ней, например, лампочкуЧерез цепь пойдет ток. Возобновившиеся реакции ионизации газов поддержат его. Но во время прохождения тока напряжение элемента несколько снизится; чем больше будет ток, тем ниже напряжение. Практически допускают снижение напряжения до 0,7 в. Ток, при котором это напряжение достигается, считается максимальным разрядным током данного элемента. Величина максимального разрядного тока элемента зависит прежде всего от величины поверхности электродов и от их каталитической активности. Для сравнения элементов разных размеров очень удобно рассчитать величину плотности электрического тока, т. е. тока, снимаемого с единицы поверхности электродов. Для водородно-кислородных элементов в зависимости от катализаторов и условий работы максимальная плотность тока может колебаться от 50 до 500 (и более) миллиампер на квадратный сантиметр поверхности электрода. Электроды Батарея водородно-кислородных элементов. Мощность ее 5 кВт. Для практического использования электрической энергии требуется, как правило, сравнительно высокое напряжение. Автомобильная аппаратура работает при напряжении в 12В, самолетная — в 28В. Чтобы получить такие напряжения, несколько элементов соединяют последовательно в батарею. Высокотемпературные топливные элементыЭлектрохимическое окисление топлива не всегда протекает гладко. Такие распространенные и дешевые виды топлива, как генераторный СО или природный газ СН4, реагируют на электродах значительно хуже, чем водород. Даже самые активные катализаторы лишь в незначительной степени ускоряют эти реакции. А малая скорость реакции означает меньшую величину плотности тока и, следовательно малую мощность. Возможность для проведения этих реакций с достаточной скоростью дает использования высоких температур, например 500° или даже 1000° Ц. Но тут возникает новая трудность: при высоких температурах вода испаряется мгновенно, водный раствор электролита оказывается неподходящим. Электролитами могут служить либо расплавы солей (например, смесь углекислых солей натрия, калия и лития, плавящаяся при температуре чуть ниже 500° Ц), либо твердые электролиты. Таким твердым электролитом может быть, например, двуокись циркония, содержащая некоторые примеси. При температурах около 800—1000° Ц благодаря подвижности отрицательных ионов кислорода О2 она начинает хорошо проводить электрический ток (катионы не перемещаются и ток не переносят), Наличие такой «кислородной» проводимости влияет на характер электрохимических реакций, протекающих на электродах. Если построить элемент описанного выше типа — вместо раствора КОН взять в качестве электролита двуокись циркония — и подводить к одному электроду окись углерода, а ко второму кислород, то при температурах около 1000° Ц молекулы кислородного электрода станут принимать электроны из внешней цепи, превращаясь в отрицательные ионы, а молекулы СО топливного электрода соединяются с ионами О2 из твердого электролита, образуя углекислый газ и отдавая электроны во внешнюю цепь: Электрический ток во внешней цепи обусловлен переходом электронов от отрицатель-ного (топливного) электрода к положительному (кислородному) электроду; этот ток компенсируется движением ионов О2 в твердом электролите в обратном направлении. Такие высокотемпературные топливные элементы, питаемые генераторным газом и кислородом, могут работать при плотностях тока 50— 150 ма/см2, выдавая напряжение около 0,5 в на элемент. Топливные элементы выходят из лабораторий, но предстоит большая работа по их усовершенствованию, повышению их стабильности и упрощению технологии их изготовления. Но уже можно сказать, что вопрос непосредственного преобразования химической энергии топлива в электрическую принципиально решен, и в недалеком будущем различные типы топливных элементов найдут широкое применение. Конечно, заманчивее всего было бы создать на базе топливных элементов большие электростанции, вырабатывающие электрическую энергию из природного топлива или продуктов его переработки. Основой таких электростанций явятся высокотемпературные топливные элементы с расплавленным или твердым электролитом. Топливом для элементов послужит либо природный газ, либо генераторный газ, получающийся при газификации твердого топлива. Твердое топливо при температуре около 700°Ц обрабатывают углекислым газом, в результате чего образуется окись углерода. Окись углерода поступит в топливный элемент, где окислится в углекислый газ: 2 СО + 02->2С02Электростанция будет состоять из большого количества совершенно одинаковых элементов, что значительно упростит ее строительство. На станции почти совсем не будет движущихся и вращающихся механизмов. Постоянный ток, вырабатываемый топливными элементами, поступит к мощным полупроводникам преобразователя, вырабатывающим почти без потерь переменный ток промышленной частоты. Трудно сказать, сколько потребуется времени для осуществления этого, но несомненно, что когда-нибудь невыгодный процесс химического сжигания топлива будет заменен электрохимическим «холодным горением». Топливные элементы найдут применение также в малой энергетике, и при этом раньше, чем в большой. В сельских районах перестанут стучать многочисленные «дизели», уступив свое место бесшумным электрохимическим установкам. Очень интересна перспектива применения топливных элементов в автомобилях. Автомобили с электрическими двигателями, питаемыми от топливных элементов, не будут отравлять воздух городов вредными выхлопными газами. Создание различных топливных элементов электрохимия считает одной из своих важнейших задач. Ее успешное решение способно преобразить многие отрасли техники. Просто о сложном – Топливные элементы для выработки электроэнергии для производства электроэнергии
greensource.ru Выработка электроэнергии
В 1831 году, проводя свои эксперименты с электричеством, английский физик Майкл Фарадей подсоединил два электрода прибора для измерения электрического тока к медному диску — один к центру диска, другой к его кромке — и начал вращать диск между полюсами мощного магнита. Как только диск приходил во вращение, в цепи появлялся электрический ток, а когда диск вращался быстрее, ток увеличивался. Проделав этот простейший опыт, Фарадей, ставший впоследствии одним из самых известных английских ученых, изобрел первый электрический генератор, получивший название динамо-машины. Современные электрогенераторы, от бензиновых переносных моделей и до тех, что стоят на гигантских гидроэлектростанциях, имеют более сложную конструкцию и гораздо большую мощность, чем динамо-машина Фарадея. Тем не менее все они работают по одинаковому принципу: когда магнит движется мимо проволочной обмотки, в проволоке течет электрический ток. Это явление известно как электромагнитная индукция. Взаимосвязь между электрическими и магнитными силами была открыта в 1819 году датским физиком Гансом Христианом Эрстедом, который обнаружил, что движущиеся электрические заряды создают магнитное поле. Фарадей, пытавшийся досконально разобраться в этом эффекте, создал свою динамо-машину с ручным приводом. Сегодня ученые используют для перемещения магнитов относительно проволочных обмоток энергию движущейся воды и ветра, солнечного излучения, атома, органических топлив и термальных источников, получая в результате электроэнергию, дающую жизнь современной цивилизации. Слабое голубое свечение исходит из воды, покрывающей активную зону ядерного реактора — сердце атомной электростанции. Расщепление атомов— это всего лишь один из многих способов, при помощи которых вырабатывается энергия для вращения электрогенераторов. information-technology.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
Самое простое: открытый цикл, в котором природный газ горит для создания давления. Давление приводит в действие лопасти газовой турбины, вызывая ее вращение и преобразование тепловой энергии в механическую. Вал соединяет газовую турбину с газотурбинным генератором, поэтому, когда турбина вращается, генератор тоже. Генератор использует электромагнитное поле для преобразования механической энергии в электрическую. Приводя в действие турбину, которая соединена с генератором она заставляет магниты генератора крутиться и создавать электрический ток.
