Источники энергии и способы её получения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. От чего зависит мощность турбины

Рассмотрим паровую турбину

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество. Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт. Тем самым мы можем сказать, что мощность турбин зависит от поданного на лопасти пара и его давления.

2. В чём заключается энергия солнца на земле

Сферы использования солнечной энергии

С каждым годом применение энергии солнца набирает все больше популярности. Еще несколько лет назад ее применяли в целях подогрева воды для дачных домов, летних душей, а сейчас возобновляемые источники тепла применяют для выработки электричества и горячего водоснабжения жилых домов и промышленных объектов.

На сегодняшний день возобновляемые источники тепла используют в следующих сферах:

· в аграрном хозяйстве, в целях электрообеспечения и отопления парников, ангаров и других построек;

· для электроснабжения спортивных объектов и медицинских учреждений;

· в сфере авиационной и космической промышленности;

· в освещении улиц, парков, а также других городских объектов;

· для электрификации населенных пунктов;

· для отопления, электроснабжения и горячего водоснабжения жилых домов;

· для бытовых нужд.

Особенности применения

Свет, который излучает солнце на земле, при помощи пассивных, а также активных систем превращается в тепловую энергию. К пассивным системам относятся здания, при строительстве которых применяют такие стройматериалы, которые наиболее эффективно поглощают энергию солнечной радиации. В свою очередь, к активным системам относятся коллекторы, преобразовывающие солнечную радиацию в энергию, а также фотоэлементы, конвертирующие ее в электричество. Рассмотрим подробнее как правильно использовать возобновляемые источники тепла.

3. От чего зависит мощность ветровой энергии

Автономные ветрогенераторы состоят из генератора, хвостовика, мачты, контроллера, инвертора и аккумуляторной батареи. У классических ветровых установок - 3 лопасти, закреплённых на роторе. Вращаясь ротор генератора создаёт трёхфазный переменный ток, который передаётся на контроллер, далее ток преобразуется в постоянное напряжение и подаётся на аккумуляторную батарею. Ток, проходя по аккумуляторам, одновременно и подзаряжает их и использует АКБ как проводники электричества. Далее ток подаётся на инвертор, где приводиться в наши привычные показатели: переменный однофазный ток 220В, 50 Гц. Если потребление небольшое то сгенерированного электричества хватает для электроприборов и освещения, если тока с ветряка мало и не хватает - то недостаток покрывается за счёт аккумуляторов. Такой же принцип в автомобилях: когда мы едем, генератор в машине заряжает аккумуляторы и снабжает электричеством все приборы в машине, когда машина останавливается, то аккумулированный ток идёт из АКБ. Ничего сверхсложного в ветряках нет, в них используются все те изобретения, которые мы постоянно используем каждый день, не подозревая об этом.

Мощность ветроустановки зависит:

1. От мощности ветроротора

2. От мощности генератора

3. От правильности расчетов и монтажа станции

На первое место в этом ряду я поставил ветроротор лишь по тем соображениям, что ветер в данной системе первичен. Есть ветер - генератор вращается, идет выработка электрической мощности. Нет ветра - система не производит, не вырабатывает мощность.

4. Какие энергии на планете преобразованы естественным путём из энергии солнца

Солнце является главным источником энергии для нашей планеты. Оно греет всю Землю, приводит в движение реки и сообщает силу ветру. Для человечества важно научиться использовать эту энергию.

Не только летом, но даже в холодную пору весны и осени в солнечную погоду можно обеспечить дом горячей водой без затрат топлива. Для этого достаточно установить водонагреватель, улавливающий энергию Солнца. Чем южнее местность, тем более целесообразно использовать такие нагреватели. Очень широко они применяются, например, в Израиле, где более 90% домов оснащены подобным оборудованием.

Для преобразования солнечной энергии в электрическую в промышленных масштабах сейчас, в основном, используют способ, предложенный, согласно легенде, еще в III веке до н.э. знаменитым учёным Архимедом Сиракузским. Вот что писал об этом в своей «Истории» византийский историк Цеци: «Когда римские корабли находились на расстоянии полёта стрелы, Архимед стал действовать шестиугольным зеркалом, составленным из небольших четырехугольных зеркал, которые можно было двигать при помощи шарниров и металлических планок. Он установил это зеркало так, чтобы оно пересекалось в середине зимней и летней солнечными линиями, и поэтому принятые этим зеркалом солнечные лучи, отражаясь, создавали жар, который обращал суда римлян в огонь и пепел».

На этом же принципе (направлять энергию Солнца зеркалами) основана работа современных солнечных электростанций. Установленные на нескольких тысячах квадратных метров зеркала, поворачивающиеся вслед за Солнцем, направляют лучи солнечного света на ёмкость с теплоприёмником, в качестве которого обычно выступает вода. Дальше все происходит так же, как на обычных тепловых электростанциях: вода нагревается, закипает, превращается в пар, он крутит турбину, она передаёт вращение генератору, и он вырабатывает электричество.

Однако энергию Солнца можно превращать в электроэнергию и напрямую, используя «солнечные батареи». Их можно установить на крыше автомобиля, на крыльях космических кораблей и даже самолётов. В голландском городке Херхюговард создан район «Город Солнца». Крыши домов здесь покрыты солнечными панелями. Такие дома сами обеспечивают себя электроэнергией.

Солнце можно использовать и как источник энергии для транспортных средств. Все космические аппараты во время автономного полёта полностью обеспечивают себя электроэнергией за счёт энергии Солнца. В Австралии уже 19 лет проводятся ежегодные гонки на солнечных электромобилях на трассе между городами Дарвин и Аделаида (3000 км). В Нью-Йорке солнечную энергию используют даже мусорщики, чтобы утрамбовывать содержимое мусоровозов.

Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия сможет к 2050 году обеспечить более 20% потребностей человечества в электричестве и, что немаловажно, сократить выбросы углекислого газа в атмосферу.

5. Как можно использовать энергию приливов и отливов

Энергия приливов и отливов

Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление - ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив).

В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой (так называемая сизигия), Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив (сизигийный прилив, или большая вода). Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна (квадратура), наступает слабый прилив (квадратурный, или малая вода). Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней.

Схема приливной электростанции

энергия паровой ветродвигатель солнечный

Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

Максимально возможная мощность в одном цикле прилив-отлив, т. е. от одного прилива до другого, выражается уравнением

W = pgSR2,

где p -- плотность воды, g -- ускорение силы тяжести, S -- площадь при¬ливного бассейна, R -- разность уровней при приливе.

Как видно из формулы, для использования приливной энергии наиболее подходящими можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеют большую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие замкнутые «бассейны».

Мощность электростанций в некоторых местах могла бы составить 2…20 МВт.

Первая морская приливная электростанция мощностью 635 кВт была построена в 1913 г. в бухте Ди около Ливерпуля. В 1935 г. приливную электростанцию начали строить в США. Американцы перегородили часть залива Пассамакводи на восточном побережье, истратили $7 млн, но работы пришлось прекратить из-за неудобного для строительства слишком глубокого и мягкого морского дна, а также из-за того, что построенная неподалеку крупная тепловая электростанция дала более дешевую энергию.

Аргентинские специалисты предлагали использовать очень высокую приливную волну в Магеллановом проливе, но правительство не утвердило дорогостоящий проект.

С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13 м работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт-ч. Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска, своей очереди ждет ПЭС на 6 млн кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море.

6. Получают ли водород в Казахстане

В настоящее время, транспорт расходует около половины мировой добычи нефти. В США 65% всей потребляемой нефти используется транспортными средствами. Мировое потребление нефтепродуктов на транспорте составляет 637 млн.т. бензина и 327 млн.т. дизтоплива. Эти цифры показывают актуальность внедрение водорода в транспортную технику. Использование водорода в качестве энергоносителя не требует коренных переделок современного топливо сжигающего оборудования. Главное преимущество водорода состоит в том, что он полностью сгорает в кислороде, выделяя большое количество энергии и оставляя после себя только водяной пар. Его легко транспортировать по трубопроводам практически на любые расстояния, тем более что он не ядовит и не обладает коррозирующим действием. В связи с резким подорожанием газа и постоянным изменением цены на нефть, актуальным является вопрос исследования возможности и целесообразности производства водорода на строящихся атомных электростанциях в Казахстане. Сейчас рабочим телом большинства существующих промышленных установок по электрохимическому получению водорода являются водные растворы сильных электролитов, таких как щелочи или соли. Вместе с тем, для крупномасштабного производства весьма привлекательным является использование самого распространенного природного электролита - морской воды. При этом, данное рабочее тело получается в распоряжении практически бесплатно - это Каспийское море. Проведенные исследования Российских коллег показали, что прямой электролиз морской воды технически осуществим, и является перспективным процессом для технологии крупномасштабного производства водорода. К сожалению, у нас в стране не производят водород, но эта область набирает обороты в актуальности!

7. Существующие способы получения электрической энергии

Тепловые электростанции - вырабатывают до 70% электрической энергии.

Подразделяются на:

- конденсационные (КЭС);

- теплофикационные (ТЭЦ);

КЭС (конденсационные электростанции) предназначены для выработки электрической энергии, работают в свободном режиме.

На теплоэлектростанциях (ТЭС) энергия сжигаемого топлива преобразуется в котле в энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат. На ТЭС топливом служат уголь, торф, мазут и газ.

Условием строительства КЭС, является наличие источника водоснабжения. КПД КЭС не превышает 40%. Наибольшие энергетические потери имеют место в конденсаторе, где отработавший пар содержит некоторое количество тепла, при t= 60-70°С, которое нигде не используется. КЭС ещё называют также государственной районной станцией - ГРЭС (Кармановская ГРЭС). КЭС (ГРЭС) недостаточно маневренны, их подготовка к пуску и набор нагрузки занимает от 3 до 6 часов.

ТЭЦ (теплоэлектроцентрали), предназначены для снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. Они более экономичные.

Специфика электрической части ТЭЦ определяется расположением электростанции вблизи центра электрических нагрузок.

КПД ТЭЦ около 60% за счёт более эффективного использования тепловой энергии.

Атомная электростанция (АЭС).

В АЭС используется энергия ядерных реакций. В качестве горючего используют изотоп урана-235. Изотоп - разновидность одного и того же элемента отличающегося массой атомов. Тепловая энергия, выделяющаяся при реакции деления, отводится с помощью теплоносителя.

Технологическая схема АЭС зависит от типа теплореактора, вида теплоносителя и замедлителя и может быть одно, двух и трёх контурной.

Замедлители, в качестве которых могут использоваться графит, замедляют быстрые нейтроны, образующиеся при делении ядер урана до медленных (тепловых) нейтронов.

Одноконтурная схема АЭС усложняет биологическую защиту, так как радиоактивность распространяется на все элементы блока.

Гидроэлекростнция (ГЭС)

Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные генераторы. Мощность гидрогенератора пропорционально набору воды и её расходу.

Водное пространство перед плотиной называют верхним бьефом, ниже плотины - это нижний бьеф. Из-за меньших эксплуатационных расходов, себестоимость электрической энергии на ГЭС меньше, чем на ТЭС.

Кпд ГЭС з =90%

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС)

Имеет 2 водных бассейна верхний, нижний.

На ГАЭС устанавливаются обратимые гидроагрегаты. В часы минимума нагрузки энергосистемы, генераторы станции переводят в двигательный режим, а турбины в насосный режим и происходит перекачка воды из нижнего бассейна в верхний. В период максимума нагрузки при дефиците электрической мощности, генераторы вырабатывают электрическую энергию.

Агрегаты станции высокоманевренные, в некоторых случаях они могут использоваться в качестве синхронных компенсаторов.

Кпд ГАЭС з =70%

Нетрадиционные типы электростанций

К ним относятся станции с магнитогидродинамическими генераторами (МГД - генераторы). Эти генераторы могут использоваться в качестве надстройки на конденсационных электростанциях. Принцип действия МГД основан на законе электромагнитной индукции. Проводником в генераторе является поток ионизированного газа (плазма), магнитное поле создаётся мощными электромагнитами.

Энергию солнца можно использовать либо путём прямого получения электрической энергии через фотоэлементы, либо путём использования теплового излучения солнца сфокусированного зеркалами на парогенераторе.

Геотермальные электростанции используют энергию подземных термальных вод (напр. для районов Камчатки, где температура пород на глубине 4 км достигает 600°С). С помощью буровых скважин, в расположенные недра, может быть направлена вода, которая превратится в пар, и будет вращать турбины, вырабатывающие электрическую энергию.

8. Какие типы ветродвигателей вы знаете

Разработано большое количество ветрогенераторов. В зависимости от ориентации оси вращения по отношению к направлению потока ветрогенераторы могут быть классифицированы следующим образом:

* с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока;

* с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (подобные водяному колесу);

* с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.

Размещено на Allbest.ru