Передача и производство энергии: Производство, передача и распределение электрической энергии

как осуществляется передача и получение

Современную жизнь трудно представить без электричества. Каждый день люди греют воду, пользуются компьютером и даже заряжают машину. Это говорит о том, что каждый аспект жизни неразрывно связан с электроэнергией. Но откуда она берется, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, почему люди так зависят от полезных ископаемых рассмотрено ниже.

Суть явления

В отличие от природных ресурсов вроде газа, электроэнергию невозможно закачивать в хранилища и брать оттуда столько, сколько нужно. Поэтому выработка электроэнергии напрямую зависит от потребления. Когда спрос на электричество больше, электростанция вырабатывает больше электроэнергии.

Повседневное использование электроэнергии

Таким образом, передачу электрического тока можно охарактеризовать как непрерывный процесс выработки, транспортировки и потребления. На государственном уровне передача электроэнергии относится к вопросам стратегической безопасности и является приоритетной задачей, на инфраструктуру которой ежегодно выделяются огромные суммы бюджетных средств.

Например, в России в 2018 году на благоустройство энергетической инфраструктуры было потрачено 30 миллиардов долларов.

Дополнительная информация. Недавно в Австралии была запущена первая в мире аккумулирующая электроэнергию станция фирмы Тесла. Саму электроэнергию добывают ветряки, которые заряжают гигантский блок батарей. От них энергия уже передается конечному потребителю по проводам. Таким образом, люди не остаются без электричества в безветренный день.

Решение проблемы ветряков аккумуляцией электроэнергии

Получение и передача

Для начала стоит затронуть тему получения энергии. За последние 150 лет человечество сделало огромный шаг в разработке способов добычи электричества. Сегодня используются невозобновляемые источники, например, сжигание угля и газа, и возобновляемые — движения воды, ветра.

Лучшие умы планеты работают над совершенствованием возобновляемых технологий добычи, проще говоря экологически чистых источников. Ведь потребление энергии растет с каждым годом и электростанциям приходится сжигать все больше угля и газа, тем самым исчерпывая природные запасы и нанося вред экологии. Другое дело ветряк или ГЭС, для которых ветер и вода никогда не закончатся. Но КПД от них пока крайне мал.

Виды электростанций

Так как в большинстве стран СНГ главным поставщиком электричества в дома являются местные ТЭС (Тепловые электростанции, работающие от угля, нефти или газа), нужно рассмотреть процесс получения именно на их примере.

Схема выработки энергии от сжигания полезных ископаемых на ТЭС

Как видно, процесс происходит следующим образом:

1. Уголь и воздух подаются в топку.
2. Жар от топки разогревает воду и превращает ее в пар.
3. Пар под давлением подается на турбину.
4. Мощный поток пара заставляет турбину вращаться.
5. Вместе с турбиной начинает вращаться ротор генератора, который уже преобразует механическое движение в электричество.

Конечный смысл любой ЭС, неважно на каких источниках она работает, заключается во вращении турбины. На тепловых станциях турбину вращает пар, на ГЭС ­вода, в ветряке ветер.

Ввиду дороговизны строить в каждом городе по электростанции невозможно. На деле большинство станций обеспечивают электричеством один крупный мегаполис и сотни приближенных сел, деревень и ПГТ.

Прежде чем попасть в населенный пункт, добытая энергия проходит десятки, а то и сотни километров. Тут стоит рассказать о том, каким образом ток вообще путешествует по проводам.

После выхода с генератора станции электрический ток попадает на трансформатор для повышения напряжения до 1150 кВ. Зачем это делается? Чем больше напряжение, тем меньше электричество теряет свою мощность, путешествуя по кабелю. Но, что еще немаловажно — это затраты на передачу электричества. Чем выше напряжение, тем меньшего сечения провода нужны. Чем тоньше кабель, тем меньше в нем проводящего металла. Чем меньше металла, тем он дешевле.

Высоковольтные линии электропередачи

Тем не менее, существует и некоторый эффект рассеивания электричества. Пока ток пройдет сотню километров, он неизбежно потеряет некоторое количество своей мощности. Так же снижение КПД зависит от силы сопротивления металла в кабеле.

Дополнительная информация. Ученые рассматривают вопрос об исключении проводов из цепочки передачи электроэнергии. Для этого планируется использовать всем знакомую технологию Wi-Fi.

ЛЭП

Тут стоит рассказать о том, какие сети используются для передачи электроэнергии. От электростанции до конечного потребителя электричество проходит не только через повышающий трансформатор и высоковольтные линии. Если посмотреть на современный город с высоты, можно заметить целый клубок проводов, образующий единую сеть.

Чтобы попасть к потребителю, с высоковольтных линий ток заново поступает в трансформатор, но на этот раз напряжение понижается. После чего он подается на распределительную сеть и расходится на промышленные предприятия, которые имеют свою подстанцию для получения нужного им напряжения, на городские подстанции, которые расформировывают электричество по магистральным кабелям и на районные подстанции.

Городская подстанция

От районных подстанций через линии электропередач электричество подается в частные, многоквартирные дома и объекты инфраструктуры. В спальных микрорайонах кабеля от подстанций в основном прокладывают под землей, откуда они выходят уже на щиток подъезда, который дальше распределяет ток на каждую розетку и лампочку в доме.

Силовой ящик многоэтажки

Схемы передачи

На первый взгляд полная схема передачи электроэнергии от вращающейся турбины до розетки квартиры может показаться сложной и запутанной, но если посмотреть на схему, то все становится на свои места.

Структурная схема электроснабжения

Стоит обратить внимание, что если в городе нет промышленных предприятий, то подстанции для промышленного объекта и всей представленной для нее ветви в реальности не будет. Все остальные объекты электрической инфраструктуры будут присутствовать до изобретения беспроводной передачи.

На приведенной выше схеме можно заметить магистральные кабельные линии. Они могут быть двух типов — одиночные и с двухсторонним питанием. Двухсторонние сегодня более распространены, так как одиночные менее надежны, плюс на них тяжело отыскать место повреждения. Таким образом, конечный пользователь всегда снабжен электричеством, и поломки на магистралях ему незаметны.

Схема двухсторонней магистрали

Электричество получают, используя возобновляемые и невозобновляемые источники энергии для вращения турбины. Турбина приводит в действие ротор генератора, который и генерирует электричество. Для передачи тока трансформатор увеличивает его напряжение, а перед тем, как пустить его на городскую сеть, напряжение понижают обратно. Таким образом уменьшаются потери и затраты на строительство сетей. После этого электричество подается на городскую подстанцию, которая запитывает районные подстанции, а уже от них прокладываются разветвленные линии конечным потребителям.

Конспект урока для 11-го класса. Производство, передача и использование электрической энергии

Цели урока:

• Конкретизировать представление школьников о
  способах передачи электроэнергии, о взаимных
  переходах одного вида энергии в другой.
• Дальнейшее развитие у учащихся практических
  навыков исследовательского характера, выведение
  познавательной активности детей на творческий
  уровень знаний.
• Отработка и закрепление понятия
  «энергосистема» на краеведческом материале.

Оборудование: электробытовые приборы,
трансформатор, карта ЧАО, таблицы, учебник
«География Чукотки», опорные конспекты для
учащихся.

План урока.

1. Оргмомент.
2. Постановка учебной проблемы
3. Изложение нового материала.
4. Работа с учебником «География Чукотки».
5. Повторение, обобщение, проверка знаний.
6. Домашнее задание, рефлексия.

ХОД УРОКА

1. Оргмомент

2. Перед классом ставится учебная
проблема

Учитель: Практически вся жизнь
человека в быту связана с электричеством. А что
будет, если его не станет?

Как наша прожила б планета,

Как люди жили бы на ней

Без теплоты, магнита, света

И электрических лучей?

А. Мицкевич

А, действительно, как  бы жила планета? Ведь
было время, когда люди жили без света. Трудно
жили.

Небольшой экскурс в историю:

1920 год. Вспомните, какие решения и проекты, 
важные для перестройки экономики страны были
приняты в этом году?

В первые годы после гражданской войны перед
народом встала задача восстановления народного
хозяйства и в феврале 1920 года была создана
комиссия по электрификации, которая предложила
план ГОЭЛРО. Этим планом предусматривалось: 

1. Опережающее развитие электроэнергетики;
2. Повышение мощности электростанций;
3. Централизация производства электроэнергии;
4. Широкое использование местного топлива и
   энергетических ресурсов;
5. Постепенный переход промышленности, сельского
   хозяйства, транспорта на электроэнергию.

– Почему именно развитие электроэнергетики
было поставлено на первое место для развития
государства?

– В чем преимущество электроэнергии перед
другими видами энергии?

– Как осуществляется передача электроэнергии?

– Какова энергосистема нашего региона?

– Вот вопросы на которые мы с вами ответим в
процессе нашего урока.

Тема нашего урока: Производство, передача и
использование электрической энергии.

По ходу урока делайте записи в конспектах,
лежащих перед вами.

3. Беседа  с  учащимися

 – В чем преимущество электроэнергии перед
другими видами энергии?

• Ее можно передавать по проводам в любой
  населенный пункт;
• Можно легко превращать в любые виды энергии;
• Легко получать из других видов энергии;

Учитель: Какие виды энергии можно
преобразовать в электрическую?

Ответы  учащихся.

Учитель: Где производится
электроэнергия?

В зависимости от вида преобразуемой энергии
электростанции бывают:

Ответы  учащихся:

1. Ветряные
2. Тепловые
3. Гидравлические
4. Атомные
5. Приливные
6. Геотермальные

Учитель: Давайте рассмотрим,  какие
виды энергии преобразуются от источника энергии
– топлива до ее конечного использования  
на ТЭС?

Ответы  учащихся:

Учитель. Какие виды энергии
преобразуются на ГЭС? (самостоятельно)

(сделать  запись  в  конспект)

Учитель: Сравните, то что у вас
получилось с текстом учебника  (стр. 63)

Произведенная электроэнергия передается к
потребителю. Кто, на ваш взгляд, являются
основными потребителями электроэнергии?

Ответы учащихся:

• Промышленность (почти 70%)
• Транспорт
• Сельское хозяйство
• Бытовые нужду населения

Учитель (в беседе с учащимися): Вся ли
энергия, получаемая на электростанции, доходит
до потребителя? Почему происходят потери при
передаче электроэнергии?

При прохождении тока по проводам, они
нагреваются. По закону Джоуля-Ленца учитывая что , получим  .

Отчего зависит количество теплоты, выделяемое в
проводах?

Чем сила тока,
удельное сопротивление и длина проводов, тем количество теплоты
и наоборот. Чем
площадь поперечного сечения провода, тем количество теплоты.
Но увеличивать S не выгодно, так как это приведет
к увеличению массы проводов.

Уменьшить количество теплоты можно за счет
уменьшения силы тока. Для этого применяют
устройство, называемое трансформатором.

Как вы думаете, каково его назначение?

Трансформатор – прибор, позволяющий
преобразовать переменный электрический ток,
таким образом, что произведение I1 U1= I2 U2.  Если
повышать U, то I будет уменьшаться и наоборот.

Вот эта возможность преобразовывать силу тока
за счет изменения напряжения практически без
потерь и используется для передачи
электроэнергии от производителя до потребителя.
Трансформаторы могут быть повышающими и
понижающими. При передаче электроэнергии на
значительное расстояние напряжение повышают до
нескольких сотен киловольт, поэтому на выходе из
электростанции должен стоять повышающий 
трансформатор. Но так как потребитель в основном
использует более низкое напряжение, то на входе в
населенный пункт ставят понижающий
трансформатор.

Однако при очень большом напряжении в линиях
переменного тока резко возрастают потери
электроэнергии из-за возникновения коронного
разряда. Чтобы этого не происходило, необходимо
учитывать:

Чтобы амплитуда переменного напряжения  была
допустима для данной площади поперечного
сечения проводов.

Работа с таблицей: Производители
электроэнергии, то есть электростанции
разбросаны по всей стране и многие из них
объединены высоковольтными линиями
электропередач (ЛЭП), образуя общую электросеть,
к которой присоединены потребители. Такое
объединение называют энергосистемой. Оно
позволяет сгладить «пиковые» нагрузки
потребления электроэнергии и обеспечить
бесперебойность подачи электроэнергии
потребителю. 

4. Давайте рассмотрим энергосистему
нашего округа. Для этого откройте учебник
«География Чукотки», стр. 233. Выпишите в конспект
названия электростанций ЧАО:

1. Билибинская атомная станция
2. Певекская ТЭЦ
3. Плавучие станции на Зеленом Мысу и на Мысе
   Шмидта
4. Анадырская ТЭЦ
5. Беринговская ГЭС
6. Провиденская  ТЭЦ

Используя карты ваших ОК, попробуйте
самостоятельно составить энергосистему нашего
округа. Сравните ваши варианты с существующими.

Мы ответили на все вопросы, которые были
поставлены в начале урока. 

5. Чтобы посмотреть, понятен ли вам
материал, я предлагаю вам ответить на 5 вопросов (Приложение 1)

Проверьте себя (проверочная работа)

Возвращаясь к началу урока, к плану ГОЭЛРО хочу
добавить, что по плану намечалось построить 30
электростанций: 20 тепловых и 10 гидравлических. И
к 1935 году получить энергии до 8,8 (восьми целых
восьми десятых) миллиардов кВт·ч.

К 1935 году было построено 40! Электростанций,
которые вырабатывали 26,3 миллиардов кВт·ч в год.

Закончить свой урок я хочу опять словами
А.Мицкевича:

Как наша прожила б планета,

Как люди жили бы на ней

Без теплоты, магнита, света

И электрических лучей?

6. Домашнее задание: §25-27,
дополнительно §32 по уч. «География Чукотки».

Ознакомительная работа со схемой
энергосистемы (для желающих)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Учебник «Физика  11 класс», Г.Я. Мякишев,
Б.Б. Буховцев

2. Учебник «Физика 11» Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев,
Д.Ш. Шодиев

3. География Чукотского автономного округа, Ю.
Н. Голубчиков

источники генерации энергии, передача ее на большие расстояния

Как и любой вид энергии, электрическая является силой, которая сообщается разными предметами друг другу. Получение и передача электроэнергии стала основным движущим фактором развития производства. Особенно актуально такое перемещение на большие расстояния. Разрабатывается возможность переброски энергетического потока без проводов, что создает большие перспективы в будущем.

Источники получения энергии

Прежде чем начать процесс передачи электроэнергии потребителю, необходимо ее получить. Этим вопросом занимаются электростанции, которых существует несколько видов:

1. Тепловые. На первом этапе ведется сжигание органического топлива. Это может быть уголь, мазут или торф. Возникающая тепловая энергия преобразуется в механическую и только потом в электрическую. В некоторых случаях выработанное тепло сразу поступает в теплоцентрали и подается на производство.
2. Гидроэлектростанции. Такие комплексы устанавливаются в местах протекания больших рек. Построенная плотина поднимает с одной стороны уровень воды, образуя водопад. Станция представляет собой сложную техническую конструкцию. Движущийся поток вращает турбины, которые превращают его силу в электрическую составляющую.
3. Атомные станции. Здесь основным оборудованием является реактор. В нем происходит цепная реакция распада ядер тяжелых элементов. В качестве топлива используется плутоний или уран. Получаемое ядерное тепло затем преобразуется в электрическую энергию. Это наиболее перспективное направление развития, поскольку мировые ядерные запасы значительно превышают органические залежи топлива.

Также присутствует возможность выработки электричества при помощи солнечных лучей или силы ветра. В этих местах начинается генерация энергии, которая затем продолжает свое движение к потребителю. Территория любой станции является закрытой для посторонних. По ней не разрешается ходить без пропуска.

Движение электричества

Дальнейшая передача электрической энергии ведется по сетям. Они представляют собой комплекс оборудования, которое отвечает за распределение и поставку электричества потребителю. Их существует несколько разновидностей:

1. Общие сети. Они обслуживают сельское хозяйство и производство.
2. Контактные. Это выделенная группа, которая обеспечивает поставку электроэнергии движущемуся транспорту. Сюда входят поезда и трамваи.
3. Для обслуживания удаленных объектов и инженерных коммуникаций.
4. Автономные сети. Они обеспечивают электроэнергией крупные мобильные единицы. Это самолеты, морские суда и космические аппараты.

Передача на большие расстояния

Актуальность передачи электроэнергии на расстояние обуславливается тем, что электростанции снабжены мощным оборудованием, дающим на выходе большие показатели. Потребители же ее маломощные и разбросаны на большой территории. Строительство крупнейшего терминала обходится дорого, поэтому наблюдается тенденция к концентрации мощностей. Это существенно снижает затраты. Кроме того, значение имеет место размещения. Включается ряд факторов: близость к ресурсам, стоимость транспортировки и возможность работы в единой энергетической системе.

Чтобы понять, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, следует знать, что линии электропередач бывают постоянного и переменного тока. Главная характеристика — это их пропускная способность. Потери наблюдаются в процессе нагрева проводов или дальности расстояния. Передача осуществляется по следующей схеме:

1. Электростанция. Она является источником образования электроэнергии.
2. Повышающий трансформатор, который обеспечивает увеличение показателей до необходимых величин.
3. Понижающий трансформатор. Он устанавливается на распределительных станциях и понижает параметры для подачи в частный сектор.
4. Подача энергии в жилые дома.

Линии постоянного тока

В настоящее время больше отдается предпочтение передаче электроэнергии постоянным током. Это связано с тем, что все происходящие внутри процессы не носят волновой характер. Это значительно облегчает транспортировку энергии.

К преимуществам передачи постоянного тока относится:

• небольшая себестоимость;
• малая величина потерь;

Среди недостатков — невозможность установки ответвлений от основной ЛЭП. Связано это с тем, что в этих местах требуется монтаж преобразователей, которые обходятся очень дорого. Кроме того, создание выключателей высокого напряжения. Технически, это вызывает большие трудности.

Поставка переменного тока

К преимуществам транспортировки переменного тока относится легкость его трансформации. Осуществляется это при помощи приборов — трансформаторов, которые не отличаются сложностью в изготовлении. Конструкция электродвигателей такого тока значительно проще. Технология позволяет формировать линии в единую энергосистему. Этому способствует возможность создания выключателей в месте строительства ответвлений.

Передача энергии на большое расстояние имеет первостепенное значение для всех структур. Не всегда энергетические комплексы находятся близко, а в электричестве нуждаются везде. Без него не обойдется ни промышленность, ни общественные заведения, ни частный сектор.

Производство, передача и использование электрической энергии. Трансформаторы

Презентация к уроку по физике (11 класс) на тему: Производство, передача и использование электрической энергии

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Конспект урока с прзентацией. «Производство, передача и использование электрической энергии (11 класс).

Урок конкретизирует представление школьников о способах передачи электроэнергии, о взаимных переходах одного вида энергии в другой.Развивает у учащихся практические навыки исследовательского характера…

Презентация по физике 11 класс «Производство,передача и использование электрической энергии»

Презентация по теме «Производство,передача и использование ээлектрической энергии»содержит необходимый материал по данной теме в 11 классе…

Тест для 11 класса по физике на тему «Производство, передача и использование электрической энергии»

Тест для 11 класс на тему «Производство, передача и использование электрической энергии»….

Производство, передача и использование электроэнергии 11 класс

¨Главным  потребителем электроэнергии  является  промышленность, на  долю  которой приходится около  70%  производимой  электроэнергии.  Крупным…

Методическая разработка Урок-конференция «Экологические проблемы производства, передачи и потребления электрической энергии»

Открытый урок-конференция  посвящен проблемам электроэнергетики, проведен в группе студентов, обучающихся по специальности «Технология машиностроения»…

Конспект урока обобщения 11 класс. Теме: “Производство, передача и использование электрической энергии”.

Работа в группах.производствоиспользованиепередача1.Виды генераторов2.Индукционные генераторыа) элементыб) принцип работыв) промышленные генераторы3.Типы электрических станций4.Производство различными…

Группа МЖКХ 1 Физика 4 июня Тема 15. Производство, передача, использование электрической энергии.

Тема 15. Производство, передача и использование электроэнергии Задание1. Изучить материал по теме «Производство, передача и использование электроэнергии». См. файл. Активная ссылка:…

Презентация к уроку по физике (11 класс) по теме: Конспект урока с прзентацией. «Производство, передача и использование электрической энергии (11 класс).

Семтина Т.Н., учитель физики МОУ «СОШ с углубленным изучением отдельных предметов№38» г. Саранска 

Цели урока:

1. Конкретизировать представление школьников о способах передачи электроэнергии, о взаимных переходах одного вида энергии в другой.
2. Дальнейшее развитие у учащихся практических навыков исследовательского характера, выведение познавательной активности детей на творческий уровень знаний.
3. Отработка и закрепление понятия «энергосистема» на краеведческом материале.

Оборудование: электробытовые приборы, трансформатор, таблицы, опорные конспекты для учащихся.

План урока. 

1. Оргмомент.
2. Постановка учебной проблемы
3. Изложение нового материала.
4. Повторение, обобщение, проверка знаний.
5. Домашнее задание, рефлексия.

ХОД УРОКА

1. Оргмомент

2. Перед классом ставится учебная проблема

Учитель: Практически вся жизнь человека в быту связана с электричеством. А что будет, если его не станет?

Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?

А. Мицкевич

А, действительно, как  бы жила планета? Ведь было время, когда люди жили без света. Трудно жили.

Небольшой экскурс в историю:

1920 год. Вспомните, какие решения и проекты,  важные для перестройки экономики страны были приняты в этом году?
В первые годы после гражданской войны перед народом встала задача восстановления народного хозяйства и в феврале 1920 года была создана комиссия по электрификации, которая предложила план ГОЭЛРО. Этим планом предусматривалось: 

1. Опережающее развитие электроэнергетики;
2. Повышение мощности электростанций;
3. Централизация производства электроэнергии;
4. Широкое использование местного топлива и энергетических ресурсов;
5. Постепенный переход промышленности, сельского хозяйства, транспорта на электроэнергию.

Материалы Государственного архива Мордовии позволяют назвать 1928 год основной точкой отсчета в деле государственного развития энергетики нашего региона. Однако первые её задатки возникли ещё в 19 веке. Это были первые небольшие электростанции, оборудованные на базе паровых и нефтяных двигателей в сельской местности. Они создавались, как правило, на предприятиях по переработке сельскохозяйственного сырья. До 1928 года энергосистема Мордовии состояла в основном из нескольких мелких источников электричества в виде разрозненных динамомашин и локомобилей отдельной мощностью от 3 до 18 киловатт. И лишь в Саранске была дизельная электростанция земского ведомства мощностью 105 киловатт.

Если бы не принятый План ГОЭЛРО, электрификация Мордовии отодвинулась бы на неопределенную перспективу.

– Почему именно развитие электроэнергетики было поставлено на первое место для развития государства?
– В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?
– Как осуществляется передача электроэнергии?
– Какова энергосистема нашего региона?
– Вот вопросы на которые мы с вами ответим в процессе нашего урока.

Тема нашего урока: Производство, передача и использование электрической энергии.
По ходу урока делайте записи в конспектах, лежащих перед вами.

3. Беседа  с  учащимися

 – В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?

1. Ее можно передавать по проводам в любой населенный пункт;
2. Можно легко превращать в любые виды энергии;
3. Легко получать из других видов энергии;

Учитель: Какие виды энергии можно преобразовать в электрическую?

Ответы  учащихся.

Учитель: Где производится электроэнергия?

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции бывают:

Ответы  учащихся: 

1. Ветряные
2. Тепловые
3. Гидравлические
4. Атомные
5. Приливные
6. Геотермальные

Учитель: Давайте рассмотрим,  какие виды энергии преобразуются от источника энергии – топлива до ее конечного использования   на ТЭС?

Ответы  учащихся:

Учитель. Какие виды энергии преобразуются на ГЭС? (самостоятельно)

(сделать  запись  в  конспект)

Учитель: Сравните, то что у вас получилось с текстом учебника  (стр. 63)
Произведенная электроэнергия передается к потребителю. Кто, на ваш взгляд, являются основными потребителями электроэнергии?

Ответы учащихся: 

1. Промышленность (почти 70%)
2. Транспорт
3. Сельское хозяйство
4. Бытовые нужду населения

Учитель (в беседе с учащимися): Вся ли энергия, получаемая на электростанции, доходит до потребителя? Почему происходят потери при передаче электроэнергии?

При прохождении тока по проводам, они нагреваются. По закону Джоуля-Ленца учитывая что , получим  .
Отчего зависит количество теплоты, выделяемое в проводах?
Чем сила тока, удельное сопротивление и длина проводов, тем количество теплоты и наоборот. Чем площадь поперечного сечения провода, тем количество теплоты. Но увеличивать S не выгодно, так как это приведет к увеличению массы проводов.
Уменьшить количество теплоты можно за счет уменьшения силы тока. Для этого применяют устройство, называемое трансформатором.
Как вы думаете, каково его назначение?

Трансформатор – прибор, позволяющий преобразовать переменный электрический ток, таким образом, что произведение I1 U1= I2 U2.  Если повышать U, то I будет уменьшаться и наоборот.

Вот эта возможность преобразовывать силу тока за счет изменения напряжения практически без потерь и используется для передачи электроэнергии от производителя до потребителя. Трансформаторы могут быть повышающими и понижающими. При передаче электроэнергии на значительное расстояние напряжение повышают до нескольких сотен киловольт, поэтому на выходе из электростанции должен стоять повышающий  трансформатор. Но так как потребитель в основном использует более низкое напряжение, то на входе в населенный пункт ставят понижающий трансформатор.

Однако при очень большом напряжении в линиях переменного тока резко возрастают потери электроэнергии из-за возникновения коронного разряда. Чтобы этого не происходило, необходимо учитывать:
Чтобы амплитуда переменного напряжения  была допустима для данной площади поперечного сечения проводов.

Работа с таблицей: Производители электроэнергии, то есть электростанции разбросаны по всей стране и многие из них объединены высоковольтными линиями электропередач (ЛЭП), образуя общую электросеть, к которой присоединены потребители. Такое объединение называют энергосистемой. Оно позволяет сгладить «пиковые» нагрузки потребления электроэнергии и обеспечить бесперебойность подачи электроэнергии потребителю. 

4. Давайте рассмотрим энергосистему нашего региона. Линии и подстанции ОАО «Мордовэнерго» обеспечивают взаимное резервирование с Московской, Нижегородской, Чувашской, Ульяновской и Пензенской энергосистемами. Выполняя графики транзитных перетоков, Мордовская энергосистема участвует в устойчивой работе названных энергосистем и в значительной степени обеспечивает бесперебойную работу важнейшей передачи ЛЭП-500 кВ “Средняя Волга — Центр”, внося свой вклад в надежное энергоснабжение Центральной части России.

В ОАО «Мордовэнерго» нa балансе состоит 2627.2 км ВЛ 35-110 кВ (по трассе). 15433.1 км ВЛ-0.4-10 кВ (по трассе) и 104.768 км кабельных ЛЭП.

В том числе сельскохозяйственного назначения: ВЛ-0,4 кВ — 7286,9 км (по трассе). ВЛ-6-ЮкВ — 8145.2 км (по трассе), ВЛ-35-110кВ- 1946 км (по трассе), кабельных ЛЭП-0.4 кВ — 38.6 км. ЛЭП-6-10кВ-53.4км ОАО «Мордовэнерго» имеет 4 электросстевых филиала с незаконченным балансом: Саранские электрические сети. Комсомольские электрические сети. Краснослободекие электрические сети и Ковылкинские электрические сети. В их состав входит 21 район электрических сетей (РЭС). Все РЭС обслуживают сельские электрические сети.

5. Чтобы посмотреть, понятен ли вам материал, я предлагаю вам ответить на 5 вопросов (Приложение 1)
Проверьте себя (проверочная работа)

Возвращаясь к началу урока, к плану ГОЭЛРО хочу добавить, что по плану намечалось построить 30 электростанций: 20 тепловых и 10 гидравлических. И к 1935 году получить энергии до 8,8 (восьми целых восьми десятых) миллиардов кВт·ч.
К 1935 году было построено 40! Электростанций, которые вырабатывали 26,3 миллиардов кВт·ч в год.

Закончить свой урок я хочу опять словами А.Мицкевича:

Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?

6. Домашнее задание: §25-27.Ознакомительная работа со схемой энергосистемы (для желающих)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Учебник «Физика  11 класс», Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев
2. Учебник «Физика 11» Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев

Приложение 1

Вариант 1

1. Что является источником энергии на ТЭС?

1. Нефть, уголь, газ
2. Энергия ветра
3. Энергия воды

2. В какой области народного хозяйства расходуется наибольшее количество производимой электроэнергии?

1. В промышленности
2. В транспорте
3. В сельском хозяйстве

3. Как  изменится выделяемое проводами количество теплоты, если увеличить площадь поперечного сечения провода S?

1. Не изменится
2. Уменьшится
3. Увеличится

4. Какой трансформатор нужно поставить на линии при выходе из электростанции?

1. Понижающий
2. Повышающий
3. Трансформатор не нужен

5. Энергосистема — это

1. Электрическая система электростанции
2. Электрическая система отдельного города
3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

Вариант 2

1. Что является источником энергии на ГЭС?

1. Нефть, уголь, газ
2. Энергия ветра
3. Энергия воды

2. Трансформатор  предназначен

1. Для увеличения срока службы проводов
2. Для преобразования энергии
3. Для уменьшения выделяемого проводами количество теплоты

3. Энергосистема — это

1. Электрическая система электростанции
2. Электрическая система отдельного города
3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

4. Как  изменится выделяемое проводами количество теплоты, если уменьшить  длину провода?

1. Не изменится
2. Уменьшится
3. Увеличится

5. Какой трансформатор нужно поставить на линии при входе город?

1. Понижающий
2. Повышающий
3. Трансформатор не нужен

Производство, передача и потребление электрической энергии. Трансформатор

От электростанции к потребителю

Передача электроэнергии — процесс, который заключается в поставке электроэнергии потребителям. Электричество производится на удаленных источниках производства (электростанциях) огромными генераторами, использующими уголь, природный газ, воду, атомный распад или ветер.

Ток передается через трансформаторы, которые повышают его напряжение. Именно высокое напряжение экономически выгодно при передаче энергии на большие расстояния. Высоковольтные линии электропередач простираются по всей стране. По ним электрический ток достигает подстанций у больших городов, где понижают его напряжение и отправляют его на небольшие (распределительные) линии электропередач. Электрический ток путешествует по распределительным линиям в каждом районе города и попадает в трансформаторные будки. Трансформаторы уменьшают напряжение до определенного стандартного значения, которое безопасно и необходимо для работы бытовых устройств. Ток попадает в дом по проводам и проходит через счетчик, показывающий количество расходуемой энергии.

Трансформатор

Трансформатор — статическое устройство, которое преобразует переменный электрический ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения, не изменяя его частоту. Он может работать только на переменном токе.

Основные конструкционные части трансформатора

Устройство состоит из трех основных частей:

1. Первичная обмотка трансформатора. Число витков N₁.
2. Сердечник замкнутой формы из магнитомягкого материала (например, сталь).
3. Вторичная обмотка. Число витков N₂.

На схемах трансформатор изображают таким образом:

Принцип работы

Работа силового трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции Фарадея.

Между двумя раздельными обмотками (первичной и вторичной), которые связаны общим магнитным потоком, проявляется взаимная индукция. Взаимная индукция — процесс, с помощью которого первичная обмотка индуцирует напряжение во вторичной обмотке, расположенной в непосредственной близости от нее.

На первичную обмотку поступает переменный ток, который производит магнитный поток, при подключении к источнику питания. Магнитный поток проходит через сердечник и так как он меняется в течение времени, то возбуждает во вторичной обмотке ЭДС индукции. Напряжение тока на второй обмотке может быть ниже, чем на первой, тогда трансформатор называется понижающим. У повышающего трансформатора на вторичной обмотке напряжение тока выше. Частота тока остается неизменной. Эффективное понижение или повышение напряжения не может увеличить электрическую мощность, поэтому на выходе трансформатора сила тока соответственно пропорционально повышается или понижается.

Для амплитудных значений напряжения на обмотках можно записать следующее выражение:

k — коэффициент трансформации.

Для повышающего трансформатора k>1, а для понижающего — k<1.

Во время работы реального устройства всегда существуют потери энергии:

• происходит нагревание обмоток;
• затрачивается работа на намагничивание сердечника;
• в сердечнике возникают токи Фуко (они оказывают тепловое действие на массивный сердечник).

Для уменьшения потерь при нагревании, трансформаторные сердечники делают не из цельного куска металла, а из тонких пластин, между которыми располагается диэлектрик.

Передача и распределение электроэнергии в Гонконге

Электричество — основной источник энергии в нашей повседневной жизни. Удобство и чистота — одни из самых важных преимуществ использования электричества. Доступ к этому практически неограниченному источнику энергии просто получить в любом доме в Гонконге.Вы просто подключаете прибор к электросети, включаете выключатель и включаете прибор столько, сколько хотите. В отличие от сжигания топлива, электричество не приведет к образованию нежелательных отходов или выбросов, загрязняющих зону использования. Без опасности утечки газа или хранения легковоспламеняющегося топлива электричество также является одним из самых безопасных источников энергии.

В условиях широкого использования электроэнергии и широкого географического распределения пользователей эффективная система передачи и распределения имеет важное значение. Именно эта разветвленная сеть позволяет электричеству доставить электричество почти в каждую семью в Гонконге от центра города до отдаленных районов. История передачи электроэнергии восходит к 1883 году, когда Томас Эдисон впервые представил экономически жизнеспособную модель производства и распределения электроэнергии.Возможно, величайшим достижением Эдисона было не изобретение лампочки или какого-либо другого отдельного приложения, а универсальная система передачи электроэнергии, которая осветила весь мир.

Современные системы передачи и распределения электроэнергии являются результатом сознательных усилий и конструкторских навыков инженеров, обеспечивающих высокую энергоэффективность и безопасность. Высокая энергоэффективность означает, что потери мощности при передаче сведены к минимуму. В этом модуле будут подробно рассмотрены теории и конструкция систем передачи и распределения.

Передача электроэнергии

Электроэнергия передается в основном по воздушным линиям или подземным кабелям. Из-за сопротивления проводов передачи всегда есть некоторая потеря мощности из-за нагревающего эффекта тока. Системы передачи электроэнергии должны быть спроектированы таким образом, чтобы максимально снизить эти потери.

Высокое напряжение передачи

Электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях, повышается до очень высокого напряжения для передачи. Это важный способ уменьшить потери тепла. Ты знаешь почему?

Рассмотрим электрическую мощность, передаваемую при напряжении В и токе I . Передаваемая мощность P задается

При фиксированном количестве передаваемой электроэнергии более высокое напряжение дает меньший ток.Чтобы более четко увидеть эту взаимосвязь, можно написать

Таким образом, для фиксированной передаваемой мощности P , ток I обратно пропорционален напряжению V . При протекании тока потери мощности за счет тепла P _потери на отрезке провода с сопротивлением R равны

Потери мощности пропорциональны квадрату тока, поэтому небольшой ток значительно снижает потери тепла.Как видно из уравнения (2), небольшой ток может быть достигнут при использовании высокого напряжения. Например, если мы удвоим (× 2) напряжение передачи, ток уменьшится вдвое (× 1/2), а потери мощности уменьшатся до четверти, (1/2) ² = 1/4, т.е. 25% от первоначальной стоимости.

В следующем упражнении вы можете систематически измерять потери мощности в цепи для различных напряжений передачи, проверяя, что потери меньше для более высоких напряжений передачи.

Провода передачи низкого сопротивления

Из уравнения (3) видно, что потери мощности в проводе передачи P _потери прямо пропорциональны сопротивлению R провода.Чем меньше сопротивление, тем меньше будут потери мощности. Как инженеры проектируют передающий провод с минимально возможным сопротивлением, но при этом экономичным?

Первое, что нужно учитывать — это выбор материала. Металлы — хорошие проводники с низким сопротивлением. Медь и алюминий — наиболее часто используемые металлы в проводах передачи. Это очень хорошие проводники, дешевые, устойчивые к коррозии и прочные. Сопротивление передающего провода снижается за счет увеличения толщины провода.Более толстые провода имеют большие площади поперечного сечения и, следовательно, меньшее сопротивление.

Низкое сопротивление воздушных линий действительно «видно». Вы можете видеть птиц, стоящих на высоковольтных проводах, и не пострадать. Теоретически птица, стоящая на проводе с обеими ногами , заставит ток течь через свои ноги в свое тело. Так почему же птица не пострадает?

Чтобы ответить на этот интересный вопрос, представим ситуацию как два резистора, соединенных параллельно: один резистор — это тело самой птицы (сопротивление между двумя ногами), а другой резистор — это небольшой отрезок провода. на котором стоит птица (рис.5). Поскольку отрезок провода очень короткий, толстый и сделан из хорошо проводящего материала, его сопротивление должно быть очень и очень маленьким. С другой стороны, тело птицы — это почти изолятор с очень высоким сопротивлением. Когда разность потенциалов В применяется к сопротивлению R , ток I задается как

Поскольку и птица, и этот сегмент провода подвержены одинаковой разности потенциалов (резисторы включены параллельно), ток, который проходит через птицу (очень большое сопротивление R ), должен быть намного меньше, чем ток, который проходит через провод (очень маленькое сопротивление R ).Другими словами, птица не пострадает, потому что ток, протекающий через ее тело, чрезвычайно мал!

Система воздушных и подземных кабелей

Электропередача по проводам

Воздушные линии удерживаются высоко над землей с помощью металлических башен, называемых пилонами. Поскольку металлическая башня очень хорошо проводит электричество, как инженеры могут предотвратить утечку электричества на землю (т.е. земля) через башню?

Если вы внимательно посмотрите на пилон, вы увидите, что воздушные тросы удерживаются стопкой дисков, свисающих с пилона. Этот пакет дисков представляет собой серию подвесных изоляторов, которые предотвращают электрическое соединение линии с пилоном. Без подключения к линии опора не заземлена. Конструкция каждого изолирующего диска показана на рис. 8.

Изолирующая часть диска изготовлена ​​из фарфора, который является очень хорошим электрическим изолятором.Он устойчив к погодным условиям, ветру и дождю, а также обладает достаточной механической прочностью, чтобы удерживать тяжелые веревки. Металлические компоненты прикреплены к верхней и нижней части каждого фарфорового диска, чтобы связать диски вместе, образуя висящую цепь (см. Рис. 7).

Количество дисков, используемых для удержания проводов, тщательно выбирается для обеспечения достаточной изоляции.Инженеры должны тщательно учитывать возможность утечки тока через саму батарею, а также через разряд между опорой и проводом в воздухе. Больше дисков даст лучшую изоляцию и обеспечит более толстый слой воздуха для предотвращения проводимости через эти два пути. Зонтичная форма изолирующего диска также имеет особую цель: она предотвращает образование токопроводящей дорожки воды вдоль стопки в дождливые дни.

Помимо низкого сопротивления, воздушные линии должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать ветер и собственный вес (длина металлического провода 1 км может быть очень тяжелым!), И они должны быть устойчивы к коррозии под дождем.Порошковая проволока имеет прочный сердечник, такой как сталь внутри для дополнительной прочности.

Меры безопасности при передаче высокого напряжения

Технически поддержание передачи высокого напряжения не является проблемой. Однако высокое напряжение означает более строгие меры безопасности. Конечно, прямой контакт с проводом чрезвычайно опасен. Даже приближение к проводу может вызвать электрический разряд, идущий от провода к телу через воздух, как молния.При установке высоковольтной передачи необходимо тщательно соблюдать меры безопасности.

Энергетические компании в Гонконге (HEC и CLP Power) имеют инструкции по технике безопасности для рабочих на стройплощадках, которым необходимо работать рядом с воздушными проводами. Зоны безопасности определены таким образом, чтобы обеспечить минимальное расстояние между работающим человеком / оборудованием и проводами передачи. Запрещается работать в плохую погоду, например, во время грозы и тайфуна. Особое внимание уделяется соседним деревьям, которые могут быть срублены или снесены ветром.

Передача электроэнергии по подземным кабелям

В хорошо развитых городских районах, где невозможно выделить земельное пространство для строительных опор, для передачи электроэнергии используются подземные кабели. Как следует из названия, эти кабели проложены под землей, что позволяет избежать опасности контакта во время работы и воздействия плохих погодных условий, таких как гроза. Хотя подземные кабели имеют много преимуществ, проектирование, строительство и прокладка подземных кабелей требуют более совершенных технологий.Это объясняет, почему они в 10 раз дороже воздушных проводов.

В отличие от воздушных проводов, подземные кабели должны иметь очень хорошую электрическую изоляцию, поскольку они находятся в прямом контакте с почвой. Их прямой контакт с почвой может привести к механическим повреждениям и проблемам с охлаждением. Сложная конструкция современных подземных кабелей включает в себя металлическую оболочку для защиты кабеля от любых механических повреждений, достаточную изоляцию для предотвращения утечки тока и упрочняющие материалы, позволяющие кабелю выдерживать высокие нагрузки из-за тепла, выделяемого при передаче высокого напряжения.Обычно для передачи высокого напряжения (например, 132 кВ или 275 кВ) система преимущественно включает в себя кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена или наполненные жидкостью.

Традиционная прокладка подземных кабелей включает рытье траншей (рытье земли). Это требует детального планирования, чтобы свести к минимуму влияние на дорожное движение и неудобства для населения.Для такой городской территории, как остров Гонконг, преобладание узких дорог и существующих подземных коммуникаций затрудняет установку такого типа. Использование кабельного туннеля — одно из возможных решений для преодоления этих ограничений. Во всех случаях во время прокладки кабелей требуется специальный надзор и защитные меры.

Некоторые сравнения воздушных линий и подземных кабелей приведены в таблице ниже.

Повышение и понижение напряжений

Как уже упоминалось, передача очень высокого напряжения может минимизировать потери мощности в проводах из-за эффекта нагрева.Однако электричество, вырабатываемое электростанциями, не имеет такого высокого напряжения, как напряжение, протекающее по кабелям передачи. Также обратите внимание на то, что электричество поставляется конечным пользователям с низким напряжением, что требует изменения напряжения. На электростанциях необходимо повышать напряжение для передачи. Повышение напряжения называется шагом . Перед тем, как добраться до конечных пользователей, необходимо снизить напряжение. Понижение напряжения называется понижением .

Повышение и понижение напряжения осуществляется трансформаторами .Они работают по принципу электромагнитной индукции.

Трансформатор в основном имеет две катушки из двух отдельных цепей, а именно первичную обмотку и вторичную обмотку . Первичная катушка — это входная катушка, а вторичная катушка — это выходная катушка. Катушки намотаны с двух сторон на кольцевой железный сердечник. Когда переменный ток (AC) подается на первичную катушку, он генерирует магнитное поле, которое изменяется с той же частотой, что и ток.Железный сердечник выполняет функцию направления почти всех силовых линий магнитного поля, проходящих через вторичную катушку. Затем изменяющееся магнитное поле создает ток во вторичной катушке за счет электромагнитной индукции.

Учитывая соотношение между входным напряжением (первичное напряжение В _p ), выходным напряжением (вторичное напряжение В _с ), количеством витков N _p в первичных обмотках и количеством оборотов N _s во вторичных обмотках, можно показать, что

Из уравнения (5) мы видим, что если N _s > N _p , то V _s > V _p , т.е.е. напряжение повышается, и трансформатор называется повышающим трансформатором. Если N _s < N _p , то V _s < V _p , то есть напряжение понижается и трансформатор называется понижающим трансформатором.

Таким образом, для повышения требуется трансформатор, первичная обмотка которого содержит меньше витков, чем вторичная обмотка, а для понижения требуется трансформатор, первичная обмотка которого содержит больше витков, чем вторичная обмотка.

Идеальный трансформатор не вызывает потерь энергии, т.е. вся входная мощность преобразуется в выходную. Применяя P = IV , получаем

, где I _p — первичный ток, а I _s — вторичный ток. Используя (5) и (6), имеем

Уравнение (7) связывает входной и выходной токи для идеального трансформатора.

На самом деле трансформаторы никогда не бывают идеальными, всегда есть потери энергии. Это происходит тремя основными способами. Во-первых, сами катушки имеют сопротивление. При протекании тока часть энергии теряется в виде тепла. Во-вторых, некоторая энергия рассеивается в виде тепла, когда железный сердечник подвергается непрерывному намагничиванию и размагничиванию. В-третьих, изменяющееся магнитное поле вызывает в железном сердечнике токи, называемые вихревыми токами.В результате в ядре выделяется тепло.

Однако современные трансформаторы имеют очень высокий КПД до 90% — 99%. Потери энергии значительно сводятся к минимуму за счет использования проводов с низким сопротивлением, «более мягкого» железа и многослойного железного сердечника для уменьшения вихревых токов.

После того, как электричество вырабатывается на электростанциях, оно повышается до высокого напряжения и передается по воздушным проводам, подземным кабелям и / или подводным кабелям в различные регионы Гонконга.Затем электрическая мощность понижается до до более низкого напряжения с помощью трансформаторов большой мощности. Затем мощность распределяется на подстанции клиентов, которые расположены намного ближе к пользователям. Подстанции дополнительно понижают напряжение и, наконец, распределяют электроэнергию для потребителей.

В следующей таблице показаны напряжения генерации, передачи и распределения двух энергетических компаний в Гонконге:

Чтобы увидеть обзор передачи и распределения электроэнергии в Гонконге, взгляните на эту анимацию.

Список литературы

.

приложений IoT в энергетической отрасли: производство, передача и потребление

IoT повсюду. Работая рука об руку с такими технологиями, как блокчейн и машинное обучение, он меняет все, от того, как мы заказываем продукты, до того, как мы обслуживаем машины и оборудование. Приложения IoT применяются во всех областях и отраслях. От управления коммунальными предприятиями и транспортом до образования и сельского хозяйства, помогая предприятиям приносить больше пользы клиентам, сокращать их расходы и, в конечном итоге, увеличивать маржу прибыли, поэтому понятно, что почти все дальновидные компании теперь имеют стратегии IoT для развития своего бизнеса.Однако для людей, которые плохо знакомы с этим и работают в секторах экономики, которые не имеют прямого отношения к технологиям, это может оказаться непростым делом. Итак, в следующих нескольких статьях я расскажу о , как IoT трансформирует различные отрасли, одну отрасль за другой. Это будет включать варианты использования, текущие отраслевые тенденции и будущие приложения с целью предоставления полезной информации для всех, кто хочет развернуть решения на основе IoT.

Мы начнем эту серию с изучения приложений IoT в энергетической отрасли .Мы рассмотрим, как IoT используется или может использоваться для преобразования энергетического сектора от производства энергии к передаче, распределению и потреблению.

Преобразование производства энергии с помощью Интернета вещей

Целью производства электроэнергии является обеспечение доступности, доступности, устойчивости и сокращение использования ископаемых и выбросов. Многие организации, такие как GE, по всему миру все чаще используют Интернет вещей для достижения этих целей. Есть три основные области, в которых Интернет вещей может иметь очень большое влияние на производство электроэнергии.

1. Удаленный мониторинг и управление активами

Это, вероятно, одно из самых популярных применений Интернета вещей в промышленных приложениях. Подключенные датчики используются для измерения износа, истирания, вибрации, температуры и других параметров, чтобы определить общее состояние оборудования от турбин до линий электропередачи. Тенденции в данных, полученных с датчиков, можно использовать для оценки «времени до отказа» ключевых инфраструктур и планирования технического обслуживания, сокращения времени простоя из-за внепланового технического обслуживания и помощи во избежание экономических последствий таких простоев.Внедрение IoT в производстве электроэнергии также может помочь выявить проблемы безопасности, такие как утечки газа, до того, как они нанесут вред рабочим и оборудованию, что в целом поможет станциям достичь новых уровней безопасности.

2. Оптимизация процессов

IoT может в режиме реального времени предоставлять информацию об общем состоянии всей генерирующей станции, и это очень помогает автоматизации предприятия. Данные в реальном времени используются для точной настройки работы предприятий, увеличения преобразования энергии из топлива и снижения затрат на техническое обслуживание.

3. Интеграция и управление возобновляемыми источниками энергии

Основной целью производства электроэнергии является искоренение ископаемого топлива, но в то же время генерирующие станции могут сокращать выбросы, комбинируя энергию, генерируемую с помощью возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце, с традиционными угольными или бензоколонками. Интернет вещей предоставляет генерирующим станциям информацию о периодах пиковой нагрузки, что помогает им планировать чередование возобновляемых источников и ископаемых, а также способствует хранению избыточной энергии и ее использованию в периоды пикового спроса.Производительность и время безотказной работы возобновляемых источников также можно легко максимизировать с помощью решений на основе Интернета вещей, поскольку они помогают определить производственную стоимость и общее состояние возобновляемых источников независимо от их местонахождения.

4. Бизнес-модели и децентрализация

IoT быстро ведет к децентрализации энергетики. Он лежит в основе нескольких новых бизнес-моделей, которые открывают путь для коммерциализации малых и средних решений в области возобновляемых источников энергии.От автономных солнечных систем, питающих дома в развивающихся странах, таких как Нигерия, до крупных частных станций, передающих энергию в сеть в развитых странах. Он также предоставляет коммунальным предприятиям информацию, необходимую для создания гибких тарифов (например, более высоких тарифов в периоды пиковой нагрузки), предоставляя потребителям больше возможностей.

Преобразование передачи и распределения энергии с помощью Интернета вещей

Проблемы при передаче и распространении в некоторой степени схожи.Они включают отказы линий, обнаружение неисправностей, потери на линиях среди прочего. Большинство этих проблем можно решить с помощью Интернета вещей.

1. Управление и обслуживание активов

В зависимости от настройки активы, связанные с передачей и распределением электроэнергии, обычно включают оборудование подстанции, линии электропередачи и другие. Каждое из этих устройств вырабатывает неисправности и выходит из строя из-за таких факторов, как перегрузка, вандализм и т. Д. С помощью Интернета вещей за ним можно удаленно наблюдать с помощью ряда датчиков, которые отслеживают такие параметры, как температура, обнаруживают падение опор электросети до того, как это вызовет угрозу безопасности и обнаружит нарушения безопасности для предотвращения вандализма, который свирепствует в развивающихся странах.Способность датчиков выявлять отказы и их источники до того, как они станут критическими, увеличивает производительность ремонтных бригад и сокращает время простоя и другие связанные с этим потери. Общие расходы на запчасти и ремонт сокращаются, что делает электричество более доступным и доступным.

2. Балансировка сети

IoT может в режиме реального времени предоставлять информацию, необходимую для эффективного управления перегрузкой на линиях T&D.С помощью IoT сеть может гарантировать, что подключенные генерирующие станции соответствуют требованиям к подключению от частоты до контроля напряжения, чтобы предотвратить нестабильность.

3. Вклад сети

Одна из самых больших будущих тенденций в производстве электроэнергии — это вклад обычных домов в энергосистему. Избыточная энергия, вырабатываемая солнечными панелями на крышах нескольких домов, передается / продается в энергосистему. Одна из ключевых технологий, которая будет стимулировать эту трансформацию, — это Интернет вещей.Подключение генерирующих станций на основе возобновляемых источников энергии с различными уровнями производства к сети приведет к колебаниям напряжений в разных узлах сети, вызывая изменения в потоке энергии, но всем этим можно управлять, используя данные в реальном времени, предоставляемые решениями IoT. , автоматическая регулировка сетки для поддержания стабильности.

4. Прогнозирование нагрузки

Датчики

, установленные на разных подстанциях и вдоль распределительных линий, могут предоставлять в реальном времени информацию о потреблении энергии в различных областях, что может помочь коммунальным предприятиям принимать автоматизированные и разумные решения, касающиеся, среди прочего, контроля напряжения, конфигурации сети, переключения нагрузки.Тенденции в предоставленных данных также могут быть использованы в качестве основы для обновления и развития инфраструктуры.

Преобразование энергопотребления с помощью Интернета вещей

Потребление, безусловно, является той частью энергетического цикла, на которую IoT оказал наибольшее влияние. Он начался с (полу) интеллектуальных счетчиков и термостатов на основе AMR и превратился в интеллектуальные счетчики электроэнергии, которые прогнозируют структуру потребления и с вашего разрешения контролируют подачу электроэнергии на определенное энергоемкое оборудование в часы пик, когда электроэнергия стоит дорого.Светильники, подключенные к Интернету, которые знают, когда никого нет дома, и автоматически отключают свет, который был оставлен включенным.

Некоторые важные возможности, которые Интернет вещей открывает для потребителей энергии, обсуждаются ниже.

1. Принятие разумных решений

IoT помогает потребителям экономить средства и принимать разумные решения об использовании энергии. Данные со смарт-счетчиков отправляются в мобильное приложение, через которое потребители могут узнать, сколько энергии было потреблено, сколько еще они могут позволить себе потребить в зависимости от своего бюджета, и предпринять шаги для соответствующей настройки потребления.Потребители могут отключить подачу питания к определенным приборам и установить условия, при которых включаются другие приборы. Благодаря этому они могут ликвидировать отходы и оптимизировать их потребление.

2. Доступ к динамическому биллингу и гибким тарифам

Как упоминалось выше, Интернет вещей создал множество бизнес-моделей, которые повысили доступность и доступность энергии, и наибольшие выгоды получили потребители, которые теперь имеют доступ к различным планам и тарифам для подписки на постоянное и доступное энергоснабжение.

3. Новые энергетические решения

Наряду с новыми бизнес-моделями появляются новые решения для электропитания на основе Интернета вещей, которые упрощают мониторинг, маломасштабную генерацию и хранение энергии для потребителей. Мы постепенно приближаемся к будущему, в котором потребители смогут покупать электроэнергию в периоды низких тарифов и использовать ее в периоды пиковой нагрузки, когда ожидается, что тарифы будут высокими.

4. Сокращенное время простоя

Новая линейка интеллектуальных счетчиков, обеспечивающих двустороннюю связь между распределительной станцией и потребителем, внедряется в развитых странах.Эти счетчики отправляют коммунальным службам уведомления о простоях и другую важную информацию о работе. Коммунальные службы могут действовать на основе этих данных и быстрее реагировать на перебои в работе из-за неисправностей и других факторов. Измерители также предоставляют данные в режиме реального времени (прогнозирование нагрузки), которые помогают сети регулировать распределение мощности в результате колебаний пикового времени в разных областях.

5. Продажа электроэнергии в сеть

Интернет вещей предоставляет технологии, которые могут помочь небольшим домам продавать в энергосистему избыточную энергию, вырабатываемую из таких источников, как солнечные панели и ветряные электростанции.С такими технологиями, как «Автомобиль в сеть», даже электромобили могут начать давать в сеть избыточную неиспользованную энергию.

6. Здания с нулевым потреблением энергии

IoT также поддерживает концепции, ориентированные на потребителя, такие как здание Zero Net Energy. Нулевая чистая энергия означает, что все потребности этого дома в энергии вырабатываются домом в основном за счет использования возобновляемых источников энергии.

Каждое из упомянутых выше приложений представляет возможности для предпринимателей и коммунальных предприятий по обеспечению дополнительной ценности для клиентов, и сочетание всех этих приложений, безусловно, поможет сделать энергию более чистой, дешевой, доступной и устойчивой.

.

2 Энергия для электричества | Скрытые затраты на энергию: неоцененные последствия производства и использования энергии

электричества (много очень маленьких генераторов). Мы не акцентировали внимание на выработке электроэнергии с помощью гидроэлектроэнергии, даже несмотря на то, что ее нынешний вклад намного больше, чем вклад всех других возобновляемых источников вместе взятых, потому что потенциальное использование гидроэнергетики для значительного увеличения невелико, а гидроэнергетике в настоящее время уделяется мало внимания в обсуждениях энергетической политики. .

Описание эффектов, вызываемых деятельностью в течение жизненного цикла

В своем анализе комитет описывает внешние эффекты — действительно, все эффекты , вызванные действиями жизненного цикла — как восходящие или нисходящие. Под «восходящим потоком» в контексте энергии для электричества комитет подразумевает эффекты, которые происходят до того, как электричество будет произведено в энергогенерирующем блоке (EGU) (такие эффекты, как EGU; паровая турбина, ветряная турбина и солнечный элемент) .Для ископаемых топливных и ядерных EGU наибольшие эффекты в восходящем направлении связаны с получением и транспортировкой топлива. Они включают эффекты разведки, разработки и добычи геологических месторождений топлива или руды, переработки и переработки, а также транспортировки первичных источников энергии (например, угля и природного газа). Для EGU солнечной, ветровой и гидроэнергетики основные эффекты в восходящем направлении связаны с получением, изготовлением и транспортировкой материалов, необходимых для EGU, и со строительством EGU, включая строительство дорог и другие виды деятельности.Ископаемое топливо и ядерные EGU также имеют эти эффекты, но они обычно меньше, чем те, которые связаны с текущим производством и транспортировкой первичных источников энергии. Ограничение комитета для рассмотрения эффектов было разведкой топлива. Хотя эффекты могут возникать и в дальнейшем, например, реакция на объявление об аренде нефти, газа или даже объявление о предложении месторождения (например, см. NRC 2003a), эти эффекты, как правило, не поддаются количественной оценке.Под «нисходящим потоком» комитет подразумевает эффекты, связанные с производством электроэнергии и последующей передачей и распределением электроэнергии конечным пользователям. Другими словами, эффекты, связанные с работой объекта по производству электроэнергии или с передачей и распределением электроэнергии (то есть доставкой конечному пользователю), считаются последующими эффектами.

Общий подход

Цель данной главы — описать и, по возможности, количественно оценить денежную оценку физических эффектов ³ (то есть «убытков») производства электроэнергии.В отношении производства электроэнергии за счет ядерного деления, энергии ветра, солнечной энергии и биомассы наш анализ суммирует полученные эффекты

.

Профессия Оператор системы передачи электроэнергии

Операторы системы передачи электроэнергии транспортируют энергию в форме электроэнергии. Они передают электроэнергию от генерирующих станций по объединенной сети, электрической сети, на станции распределения электроэнергии.

Хотите знать, какая профессия и профессия вам больше всего подходят? Пройдите наш бесплатный тест на карьерный код Голландии и узнайте.

.