ЧАСТЬ
1
ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Глава I
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
§ 1. Природные источники энергии
Всякая работа требует затраты определенного количества энергии, будь то мускульная энергия человека или животного или энергия, заключенная в природе.
Человек с древнейших времен стремился подчинить себе природную энергию и использовать ее для облегчения своего труда.
Под природной энергией мы понимаем прежде всего энергию топлива, воды, ветра и т. п.
Топливо при сгорании, представляющем собой химический процесс, выделяет тепловую энергию, которая широко используется на предприятиях при различных производственных процессах и в быту.
К топливным ресурсам относятся запасы каменного угля, нефти, торфа, горючих сланцев, природного газа.
Важным источником тепловой энергии является так называемое ядерное горючее.
Вода при разности уровней создает поток, мощность которого тем больше, чем значительнее разность уровней и больше сток воды. Водный поток является источником энергии, которую можно использовать для совершения полезной работы. Естественным водным потоком является любая река. Чем больше сток реки и уклон ее русла, тем больше энергия потока. Стоком реки называется объем воды, который протекает за какой-либо промежуток времени (например, за сутки) через створ (сечение) реки.
Таким образом, каждая река в большей или меньшей степени является практически неисчерпаемым источником природной энергии.
Ветер также обладает энергией, зависящей от его скорости. Однако ветер бывает не всегда и его скорость непостоянна, в ре зультате чего этот вид природной энергии имеет ограниченное применение.
К энергетическим ресурсам относится энергия тепловых излучений солнца, океанских приливов и отливов, внутри земного тепла.
§ 2. Значение электроэнергии и ее производство
Создание современных машин-автоматов, автоматизированных поточных линий и целых производств, во много раз увеличивающих производительность труда, а также быстрый рост новых отраслей производства (электрометаллургии, электролиза, электросварки, высокочастотной обработки материалов и т. д.) стали возможны благодаря применению электрической энергии. Без электрической энергии немыслим современный транспорт.
Огромна ее роль в механизации сельского хозяйства. Широко используется электрическая энергия и в быту.
Такое универсальное применение электрической энергии объясняется следующими ее преимуществами по сравнению с другими видами энергии:
для производства электроэнергии можно использовать большинство природных энергетических источников, в первую очередь топливных и гидравлических;
электроэнергию можно без значительных затрат передавать на любые расстояния;
электроэнергию можно распределять между любым числом потребителей независимо от их взаимного расположения и мощности;
электроэнергию относительно просто преобразовывать в другие виды энергии (тепловую, механическую, световую, химическую и др.).
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях генераторами, которые приводятся в действие различными двигателями.
На электростанциях, где для получения электроэнергии используется гидравлическая энергия воды или энергия ветра, энергия источника непосредственно приводит в действие двигатели, называемые гидротурбинами или ветротурбинами. На таких станциях производство электроэнергии делится на две стадии: сначала энергия источника преобразуется в механическую энергию движения двигателя, а затем этим двигателем и электрическим генератором — в электрическую энергию.
На станциях, где для производства электрической энергии используется тепловая энергия сжигаемого топлива, а также внутриатомная энергия, происходит трехкратное преобразование энергии. Сначала энергия горючего материала преобразуется в тепловую, затем в двигателях (паротурбинах) тепловая энергия преобразуется в механическую, и наконец, двигатель и электрический генератор превращают механическую энергию в электрическую.
Каждое превращение энергии из одного вида в другой неизбежно связано с потерями, величина которых зависит от того, насколько совершенны преобразующие устройства.
При потреблении электроэнергии происходит обратное преобразование: в электродвигателях электроэнергия преобразуется в механическую; в лампочках накаливания — сначала в тепловую, а затем в энергию светового потока; в электрических печах — в тепловую и т. д. Все эти преобразования также связаны с неизбежными потерями. Потери электроэнергии происходят и в процессе ее передачи от электростанций до места потребления.
Таким образом, часть энергии расходуется на потери в различных машинах, механизмах и устройствах, а другая (большая) часть — на выполнение полезной работы. Чем меньше потери энергии, тем выше коэффициент полезного действия установки (электростанции, отдельного генератора, электрического двигателя, линии электропередачи и т. п.). Очевидно, что чем выше к. п. д. установки, тем она экономичней. Например, чем выше к. п. д. электростанции, тем больше будет произведено электроэнергии при одних и тех же затратах первичной энергии.
§ 3. Виды электрических станций
В зависимости от используемых для производства электроэнергии ресурсов электрические станции подразделяют на тепловые, гидравлические и ветряные.
Тепловые электростанции используют различные виды топлива: низкосортный каменный уголь, торф, природный газ, нефть, горючие сланцы. К тепловым относятся также атомные электростанции, где в качестве топлива применяют ядерное горючее.
К особой категории тепловых электростанций относятся теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Значительную часть тепловой энергии, полученной от сжигания топлива, ТЭЦ отдают в виде горячей воды и пара расположенным поблизости потребителям; при этом на ТЭЦ одновременно вырабатывается и электрическая энергия.
Гидравлические электростанции используют энергию водного потока. Их устройство и расположение зависят от характера течения реки.
Ветряные электростанции используют движущиеся потоки воздуха (ветер). Они имеют сравнительно малые мощности и применяются ограниченно.
По характеру потребителей электростанции подразделяют на городские (коммунальные), промышленные (фабрично-заводские), сельскохозяйственные, районные, специального назначения.
К районным электростанциям относят мощные электростанции, снабжающие электроэнергией большие промышленные районы и питающие объединенные электросети районной энергосистемы (см. гл. III, § 9).
Типы, устройство и работа различных тепловых и гидравлических электростанций подробно рассматриваются во второй части этой книги.
Контрольные вопросы
- Что понимается под термином «энергетические ресурсы» и какие виды этих ресурсов используются для производства электроэнергии?
- Назовите основные преимущества электроэнергии перед другими видами энергии.
- Каково назначение паро-, гидро- и ветротурбин; какие преобразования энергии, затрачиваемой в турбинах, происходят при получении электроэнергии?
- В какие основные виды энергии преобразуется электроэнергия при ее практическом использовании? Приведите примеры.
- Назовите две статьи расхода затрачиваемой при производстве, передаче и использовании электроэнергии (той энергии, которая затрачивается первоначальным ее источником).
- Как подразделяют электростанции в зависимости от энергетических ресурсов, используемых для производства электроэнергии?
