Видове, методи за получаване, преобразуване и използване на енергия. Енергия и нейните видове. Предназначение и използване

Енергия и нейните видове. Предназначение и използване

Енергията играе решаваща роля в развитието на човешката цивилизация. Консумацията на енергия и натрупването на информация имат приблизително еднакъв модел на промяна във времето. Съществува тясна връзка между потреблението на енергия и обема на продукцията.

Според идеите физическа наукаЕнергията е способността на тяло или система от тела да извършва работа. има различни класификациивидове и форми на енергия. Нека назовем тези видове, които хората най-често срещат в ежедневието си: механични, електрически, електромагнитни и вътрешни. ДО вътрешна енергия, включват термични, химични и вътрешноядрени (атомни). Вътрешната форма на енергия се определя от потенциалната енергия на взаимодействие между частиците, които изграждат тялото, или кинетична енергиянеравномерното им движение.

Ако енергията е резултат от промяна в състоянието на движение материални точкиили тела, тогава се нарича кинетична; тя включва механичната енергия на движение на телата, топлинната енергия, дължаща се на движението на молекулите.

Ако енергията е резултат от промяна в относителното разположение на частите на дадена система или нейното положение по отношение на други тела, тогава тя се нарича потенциална; тя включва енергията на масите, привлечени от закона за всемирната гравитация, енергията на позицията на хомогенни частици, например енергията на еластично деформирано тяло, химическата енергия.

Основният източник на енергия е слънцето. Под въздействието на своите лъчи растителният хлорофил разлага въглеродния диоксид, абсорбиран от въздуха, на кислород и въглерод; последният се натрупва в растенията. Въглища, подземен газ, торф, шисти и дърва за огрев представляват запаси от лъчиста, слънчева енергия, извлечена от хлорофила под формата на химическа енергия от въглища и въглеводороди. Водната енергия също се получава от слънчева енергия, изпаряване на вода и издигане на пара във високите слоеве на атмосферата. Вятърът, използван във вятърните турбини, възниква в резултат на променливото нагряване на земята от слънцето различни места. Огромни запаси от енергия се съдържат в ядрата на атомите на химичните елементи.

Международната система от единици (SI) използва джаул като единица за енергия. Ако изчисленията включват топлинна, биологична, електрическа и много други видове енергия, тогава калорията (cal) или килокалория (kcal) се използва като единица за енергия.

1 кал = 4,18 J.

За измерване на електрическа енергия се използва единица като Watt (Wh, kWh, MWh).

1 W. h = 3,6 MJ или 1 J = 1 W. с.

За измерване на механична енергия се използва единица като kg. м.

1 кг. m = 9,8 J.

Енергията, която се съдържа в природни източници (енергийни ресурси) и може да се преобразува в електрическа, механична, химична, се нарича първична.

Традиционните видове първична енергия или енергийни ресурси включват: органично гориво (въглища, нефт, газ и др.), речна хидроенергия и ядрено гориво (уран, торий и др.).

Енергията, получена от човек след преобразуване на първична енергия в специални инсталации и станции, се нарича вторична (електрическа енергия, парна енергия, топла водаи т.н.).

В момента се работи широко по използването на нетрадиционни, възобновяеми енергийни източници: слънце, вятър, приливи и отливи, морски вълни и земна топлина. Тези източници, освен че са възобновяеми, са „чисти“ видове енергия, тъй като използването им не води до замърсяване среда.

На фиг. 10.1.1 показва класификацията на първичната енергия. Подчертано традиционни видовеенергии, които са били широко използвани от човека през всички времена, и нетрадиционни енергии, които доскоро бяха сравнително малко използвани поради липсата на икономични методи за тяхната индустриална трансформация, но са особено актуални днес поради високата си екологичност.

ориз. 10.1.1. Схема за първична енергийна класификация

В класификационната схема невъзобновяемите и възобновяемите видове енергия са обозначени съответно с бели и сиви правоъгълници.

Консумация на енергия необходим типи доставката му на потребителите става в процеса на производство на енергия, в който могат да се разграничат пет етапа: 1. Получаване и концентриране на енергийни ресурси: извличане и обогатяване на гориво, концентрация на водно налягане с помощта на хидротехнически съоръжения и др.

2. Пренос на енергийни ресурси към инсталации, преобразуващи енергия; осъществява се чрез транспортиране по суша и вода или чрез изпомпване на вода, нефт, газ и др. по тръбопроводи.

3. Преобразуване на първичната енергия във вторична енергия, която има най-удобната форма за разпределение и потребление при дадени условия (обикновено в електрическа и топлинна енергия).

4. Пренос и разпределение на преобразуваната енергия.

5. Консумация на енергия, извършена както във вида, в който се доставя на потребителя, така и в преобразувана форма.

Ако обща енергияАко използваните първични енергийни ресурси се приемат за 100%, тогава полезната енергия ще бъде само 35-40%, останалата част се губи, по-голямата част под формата на топлина.

Предимството на електрическата енергия

От древни времена развитието на цивилизацията и техническият прогрес са пряко свързани с количеството и качеството на използваните енергийни ресурси. Малко повече от половината от цялата консумирана енергия се използва под формата на топлина за технически нужди, отопление, готвене, останалата част под формата на механична, предимно в транспортни инсталации, и електрическа енергия. Освен това делът на електрическата енергия нараства всяка година (фиг. 10.2.1).

ориз. 10.2.1. Динамика на потреблението на електрическа енергия

Електрическата енергия е най-удобният вид енергия и с право може да се счита за основа на съвременната цивилизация. По-голямата част технически средствамеханизация и автоматизация производствени процеси(оборудване, инструменти, компютри), замяната на човешкия труд с машинен в ежедневието има електрическа основа.

Защо търсенето на електрическа енергия нараства толкова бързо и какво е предимството му?

Широкото му използване се дължи на следните фактори: възможността за генериране на електроенергия в големи количества в близост до находища и водоизточници;

1. способността за транспортиране на дълги разстояния с относително малки загуби;
2. способността да се трансформира електричеството в други видове енергия: механична, химическа, топлинна, светлинна;
3. липса на замърсяване на околната среда;
4. възможността за използване на принципно нови прогресивни технологии, базирани на електричество технологични процесис висока степенавтоматизация.

Конспект на лекцията:

1).Понятието енергия. Основни видове енергия, техните характеристики.

2).Традиционна енергия и нейните характеристики.

3).Методи за получаване на топлинна и електрическа енергия.

Понятието енергия. Основни видове енергия.енергия(гръцки – действие, дейност) – обща количествена мярка за различните форми на движение на материята.

От това определение следва:

· енергията е нещо, което се проявява само при промяна на състоянието (положението) на различни обекти в света около нас;

Енергията е нещо, което може да се променя от една форма в друга;

· енергията се характеризира със способността да произвежда полезна за хората работа;

Енергията е нещо, което може да бъде обективно определено и количествено.

Енергията е в основата на живота на Земята. Растенията абсорбират слънчевата енергия чрез процеса на фотосинтеза; животните консумират тази енергия индиректно, като ядат растения и други животни. Човекът консумира слънчева енергия по различни начини, включително с храна. Дори в древни времена човекът се е научил да обработва енергията на Слънцето чрез изгаряне на биологична материя (например дървесина или тор). И днес милиони хора използват тези важни източници на енергия за готвене или отопление на домовете си - първото жизненоважни нуждичовек.

Съвременните енергийни системи са неразделна част от инфраструктурата на обществото, особено индустриализираните страни, които консумират приблизително 4/5 от енергийните ресурси и са дом на само ¼ от населението на света. Страните от третия свят, където живее ¾ от световното население, представляват около 1/5 от световното потребление на енергия.

Като се има предвид, че енергията е най-важният елементустойчивото развитие на всяка страна, всяка от тях се стреми да разработи такива методи за енергийно снабдяване, които най-добре биха осигурили развитие и подобряване на качеството на живот на хората, особено в развиващите се страни, като същевременно минимизират въздействието на човешката дейност върху човешкото здраве и околната среда.

Електроенергетиката е най-важният сектор на икономиката на всяка страна, тъй като нейните продукти (електрическа енергия) принадлежат към нея универсален изгледенергия. Може лесно да се предава на големи разстояния и да се разделя между голям брой потребители. Без електрическа енергия е невъзможно да се извършват много технологични процеси, както е невъзможно да си представим нашата ежедневиетобез отопление, осветление, охлаждане, транспорт, телевизор, хладилник, пералня, прахосмукачка, ютия, ползване модерни средствакомуникации (телефон, телеграф, телефакс, компютър), които също консумират електроенергия.

Една от особеностите на електроенергетиката е, че нейната продукция, за разлика от други отрасли, не може да се съхранява на склад за последваща консумация. Във всеки момент неговото производство трябва да съответства на неговото потребление.

Енергията, в зависимост от нейното естество, се разделя на следните видове:

Механична енергия – проявява се при взаимодействие, движение отделни телаили частици. Тя включва енергията на движение или въртене на тялото, енергията на деформация при огъване, разтягане, усукване и компресия на еластични тела (пружини). Тази енергия намира най-широко приложение в различни транспортни и технологични машини.

Топлинната енергия е енергията на неподреденото (хаотично) движение и взаимодействие на молекулите на веществата. Топлинната енергия, получена най-често чрез изгаряне на различни видове гориво, се използва широко за отопление и извършване на множество технологични процеси (нагряване, топене, сушене, изпарение, дестилация и др.).

Електрическата енергия е енергията на електроните (електрически ток), движещи се по електрическа верига. Електрическата енергия се използва за получаване на механична енергия с помощта на електрически двигатели и извършване на механични процеси за обработка на материали: раздробяване, смилане, смесване; за провеждане на електрохимични реакции; получаване на топлинна енергия в електронагревателни уреди и пещи; за директна обработка на материали (електрическа ерозионна обработка).

Химическата енергия е енергията, „съхранена“ в атомите на веществата, която се освобождава или абсорбира, когато химически реакциимежду веществата. Химическата енергия се отделя като топлина по време на екзотермични реакции (например изгаряне на гориво) или се преобразува в електрическа енергия в галванични клетки и батерии. Тези енергийни източници се характеризират с висока ефективност (до 98%), но ниска мощност.

Магнитната енергия е енергията на постоянните магнити, които имат голям запас от енергия, но я „отдават“ много неохотно. Въпреки това, електрическият ток създава разширени, силни магнитни полета около себе си, поради което хората най-често говорят за електромагнитна енергия.

Електрическата и магнитната енергия са тясно свързани помежду си, всяка от тях може да се разглежда като „обратната“ страна на другата.

Електромагнитната енергия е енергията на електромагнитните вълни, т.е. движещи се електрически и магнитни полета. Тя включва видима светлина, инфрачервена, ултравиолетова, рентгенови лъчи и радиовълни. Следователно електромагнитната енергия е радиационна енергия. Радиацията носи енергия под формата на енергия от електромагнитни вълни. Когато радиацията се поглъща, енергията й се превръща в други форми, най-често топлина.

Ядрената енергия е енергия, локализирана в ядрата на атомите на така наречените радиоактивни вещества. Той се отделя по време на делене на тежки ядра (ядрена реакция) или сливане на леки ядра (термоядрена реакция).

Гравитационната енергия е енергията, причинена от взаимодействието (гравитацията) на масивни тела, тя е особено забележима в космическото пространство. В земни условия това е, например, енергия, „съхранена“ от топлина, издигната на определена височина над повърхността на Земята - енергията на гравитацията.

По този начин, в зависимост от нивото на проявление, е възможно да се разграничи енергията на макрокосмоса - гравитационната енергия на взаимодействие на телата - механична, енергията на молекулярните взаимодействия - топлинна; енергия на атомните взаимодействия – химична енергия на излъчване – електромагнитна, енергия, съдържаща се в ядрата на атомите – ядрена.

Съвременна наукане изключва съществуването на други видове енергия, които все още не са регистрирани, но не нарушават единната естествено-научна картина на света и концепцията за енергия.

Като цяло концепцията за енергията и представите за нея са изкуствени и създадени специално, за да бъдат резултат от нашите мисли за света около нас. За разлика от материята, за която можем да кажем, че съществува, енергията е плод на човешката мисъл, негово „изобретение“, изградено така, че да може да опише различни променив околния свят и в същото време говорим за постоянство, запазване на нещо, което се нарича енергия, дори ако нашата представа за енергия се променя от година на година.

Единицата за измерване на енергия е 1 J (джаул), за измерване на механична енергия стойността е 1 kgm = 9,8 J, електрическа енергия е 1 kW/h = 3,6 MJ, като 1 J = 1 W/S.

Трябва да се отбележи, че в природонаучната литература топлинната, химическата и ядрената енергия понякога се комбинират с понятието вътрешна енергия, т.е. затворен в субстанция.

Първичната енергия е енергия, която се съдържа в такива видове природни (източници) ресурси като дървесина, въглища, нефт, природен газ, уран, вятърна, слънчева, водна енергия и може да бъде преобразувана в електрическа, топлинна, механична, химическа.

Вторичната енергия е по-използваемите форми, в които може да се преобразува първичната енергия, като електричество и бензин. Вторичната енергия се получава след преобразуване на първичната енергия в специални инсталации.

Няма недостиг на първична енергия. Слънцето ни дава своята енергия всеки ден. Неговото проявление виждаме в различни форми. Така например дървета и растения, преминаващи през себе си слънчеви лъчи, превръщат тази енергия в растителна биомаса. Огромно количество слънчева енергия се е натрупала в материалите на земната кора (торф, нефт, въглища).

Общите запаси от първична енергия, на които човечеството може да разчита, се оценяват чрез ресурси, които могат да бъдат разделени на две големи групи: възобновяеми и невъзобновяеми.

Възобновяемата енергия е слънчева, вятърна, вълнова, биомаса (дърво или растения), геотермална и водна енергия.

Възобновяема енергия:

· слънчева енергия, падаща върху земната повърхност;

· геофизична енергия (вятър, реки, морски приливи);

· енергия от биомаса (дървесина, растителни отпадъци, животновъдни отпадъци).

Невъзобновяемата енергия е енергията, съдържаща се в органичните горива: въглища, нефт, природен газ, които днес осигуряват над 80% от енергията. Плюс уран (торий и др.).

Използването на запаси от изкопаеми горива може да бъде свързано с високи разходи за разработване, транспортиране на тези ресурси, защита на труда и опазване на околната среда.

Традиционна енергияГлавно разделени на електрическа енергия и топлинна енергия.

Най-удобният вид енергия е електрическата, която може да се счита за основа на цивилизацията. Преобразуването на първичната енергия в електрическа енергия се извършва в електроцентрали: топлоелектрически централи, водноелектрически централи, атомни електроцентрали.

Характерна особеносттрадиционната енергия е нейното дългогодишно и добро развитие; Основният дял от електроенергията в света се получава от традиционни електроцентрали; тяхната единична електрическа мощност много често надхвърля 1000 MW. Традиционната енергия е разделена на няколко направления:

· Топлинна енергия;

· Хидравлична енергия;

· Ядрена енергия.

Този енергиен сектор е традиционен, тъй като за производството на вторични енергийни ресурси се използват невъзобновяеми ресурси като петрол, газ и уран. Хидроенергията използва енергията на водния поток. Използването само на традиционна енергия води не само до изчерпване на земните недра, но и до значително влошаване екологична ситуацияна планетата. Основният проблем са високите емисии на въглероден диоксид в атмосферата, причинени от изгарянето на въглища, нефт и природен газ. Само обезлесяването, пресушаването на блатата и т.н. влияят върху влошаването на околната среда на планетата.

Електрическата индустрия изисква и доставя електрическа енергия на потребителите. Включва електроцентрали, подстанции, електропроводи и центрове за потребление на електрическа енергия.

Топлоенергетиката произвежда и доставя топлинна енергия (пара, гореща вода) на потребителя. Включва топлоцентрали, топлинни мрежи (тръбопроводи за топла вода и пара) и центрове за потребление на топлинна енергия.

Най-удобният вид енергия е електрическата, която с право се счита за основа на цивилизацията.

Предимствата на електрическата енергия пред другите видове енергия, а именно:

· Електрическата енергия лесно се преобразува в други видове енергия (механична, топлинна, светлинна, химическа и др.) и обратно, всички други видове енергия лесно се преобразуват в електрическа;

· Електрическата енергия може да се предава на почти всяко разстояние. Това дава възможност да се изграждат електроцентрали на места, където има природни енергийни ресурси, и да се пренася електрическа енергия до места, където се намират източници на промишлени суровини, но няма местна енергийна база;

· Удобно е да се раздели електрическата енергия на всякакви части в електрическите вериги (мощността на приемниците на електричество може да бъде от части от вата до хиляди киловати);

· Лесно се автоматизират процесите по приемане, пренос и потребление на електроенергия;

· Процесите, които използват електрическа енергия, могат лесно да се контролират (натискане на бутон, превключвател и т.н.)

Особено внимание заслужава значителното удобство при използване на електрическа енергия при автоматизиране на производствените процеси, благодарение на точността и чувствителността на методите за електрическо управление и наблюдение. Използването на електрическа енергия позволи да се повиши производителността на труда във всички области на човешката дейност, да се автоматизират почти всички технологични процеси в промишлеността, транспорта, селското стопанство и бита, както и да се създаде комфорт в промишлени и жилищни помещения. В допълнение, електрическата енергия се използва широко в технологични инсталации за нагряване на продукти, топене на метали с помощта на електрохимия, пречистване на материали и газове и др.

В момента електрическата енергия е практически единственият вид енергия за изкуствено осветление. Можем да кажем, че без електрическа енергия не може нормален животсъвременното общество.

Единственият недостатък на електрическата енергия е невъзможността да се съхранява в големи количества и да се поддържат тези резерви за дълго време. Запасите от електрическа енергия в батериите, галваничните клетки и кондензаторите са достатъчни само за работа на устройства с относително ниска мощност и срокът им на съхранение е ограничен. Следователно електрическата енергия трябва да се произвежда, когато потребителят я изисква и в количеството, в което се нуждае от нея.

Консуматори на енергия са: индустрията, транспорта, селско стопанство, жилищно-комунални услуги, продажби и услуги. Ако общата енергия на използваните първични енергийни ресурси се приеме за 100%, то полезно използваната енергия ще бъде само 35-40%, останалата част се губи, по-голямата част под формата на топлина.

енергия(от гръцки energeie - действие, дейност) е обща количествена мярка за движението и взаимодействието на всички видове материя. Това е способността да се извършва работа, а работата се извършва, когато физическа сила (налягане или гравитация) действа върху обект. Работата е енергия в действие.

Топлинна енергияшироко използвани върху модерно производствои в ежедневието под формата на парна енергия, гореща вода, продукти от изгаряне на гориво.

Електрическа енергияе един от най-модерните видове енергия поради редица предимства.

Електрическата енергия е най-чистата форма на енергия и може да бъде получена от голямо разнообразие от първични източници (например въглища, нефт, газ, водна енергия и ядрена енергия). Електрическата енергия има редица неоспорими предимства пред другите видове енергийни производни - способността да се получи почти всяко количество енергия както от елемент с размер на кибритена глава, така и от турбогенератори с мощност над 1000 MW, сравнителната простота на нейното предаване на разстояние и лесното преобразуване в енергия от други видове. Основният проблем е неговото съхранение.

Той е по-ефективен от гледна точка на използване от изкопаемите горива, тъй като има добре известни предимства: чистота, лекота на управление, наличност. Електричеството може да се използва много по-ефективно и по много по-целенасочен начин от енергията на изгореното гориво. Електрическите отоплителни системи се характеризират с висока техническа ефективност и въпреки че разходите за енергия са по-високи от другите енергийни източници, те са по-икономични поради по-ниските експлоатационни разходи.

Електрически и топлинна енергиясе произвеждат на:

- топлиннаелектроцентрали на изкопаеми горива (CHP), използващи водна пара в турбини – (парни турбинни агрегати – STU), продукти от горенето – (газотурбинни агрегати – GTU), техните комбинации – (парни и газови агрегати – CCGT);

- хидравличниелектрически централи (водноелектрически централи), които използват енергията на падащия воден поток, течения и приливи и отливи;

- атоменелектроцентрали (АЕЦ), използващи енергия от ядрен разпад.

ТЕЦ и АЕЦ. Типични схеми на топлоелектрически централи и атомни електроцентрали. Паротурбинни кондензационни електроцентрали и комбинирани топлоелектрически централи (CHP) с комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия.

По вид генерирана енергия:

топлоелектрически централи , произвеждащи само електроенергия - кондензационни електроцентрали (КЕС);

· топлоелектрически централи, които генерират електрическа и топлинна енергия – комбинирани топлоелектрически централи (ТЕЦ).

По тип топлинен двигател:

· електроцентрали с парни турбини - паротурбинни ТЕЦ и АЕЦ;

· електроцентрали с газови турбини - газотурбинни ТЕЦ;

· електроцентрали с комбиниран цикъл - ТЕЦ с комбиниран цикъл;

Топлоелектрическите централи (ТЕЦ) генерират електроенергия в резултат на преобразуване на топлинна енергия, която се отделя при изгаряне на изкопаеми горива (въглища, нефт, газ).

В машинната зала на ТЕЦ-а е монтиран котел с вода.

Когато горивото гори, водата в котела се нагрява до няколкостотин градуса и се превръща в пара.

Парата под налягане върти лопатките на турбината, което от своя страна върти генератора.

Генераторът произвежда електрически ток.

Електрическият ток навлиза в електрическите мрежи и преминава през тях до фабрики, училища, домове и болници.

Преносът на електроенергия от електроцентрали чрез електропроводи се извършва при напрежение от 110-500 киловолта, което е значително по-високо от напрежението на генераторите.

Увеличаването на напрежението е необходимо за предаване на електричество на големи разстояния.

След това е необходимо да се намали напрежението обратно до ниво, удобно за потребителя.

Преобразуването на напрежението се извършва в електрически подстанции, използващи трансформатори.

А топлината под формата на топла вода идва от топлоелектрическата централа чрез топлопроводи.

охладителна кула- устройство за охлаждане на вода в електроцентрала с атмосферен въздух.

Парен котел- затворен агрегат за производство на пара в електроцентрала чрез нагряване на вода. Водата се нагрява чрез изгаряне на гориво.

Електропроводи- електропровод. Предназначен за предаване на електричество. Има въздушни електропроводи (проводници, опънати над земята) и подземни (захранващи кабели).

Фиг. 11 – Схематични диаграми на ТЕЦ (а) и ТЕЦ (б)

Понастоящем в топлоелектрическите централи и комбинираните топло- и електрически централи, заедно с парните турбини (STU), газовите агрегати с комбиниран цикъл (CCGT), работещи по комбинирана схема, стават широко разпространени.

В първия етап на CCGT с газова турбина природният газ се използва като основен източник на енергия и работен флуид, а продуктите от горенето са вторичен работен флуид. Във втория етап източникът на енергия са отработените газове на турбината, а работният флуид е парата, генерирана в парогенератора с тяхна помощ.

Атомни електроцентрали.

Такива електроцентрали работят на същия принцип като топлоелектрическите централи, но използват енергията, получена при радиоактивно разпадане, за генериране на пара. Като гориво се използва обогатена уранова руда.

ориз. 12. Принципна схема на атомна електроцентрала.

В сравнение с топло- и водноелектрическите централи атомните електроцентрали имат сериозни предимства: изискват малко гориво, не нарушават хидрологичния режим на реките и не отделят замърсяващи газове в атмосферата. Основният процес, протичащ в атомната електроцентрала, е контролираното делене на уран-235, при което се отделя голямо количество топлина. Основната част от атомната електроцентрала е ядреният реактор, чиято роля е да поддържа непрекъсната реакция на делене.

Ядрено гориво - руда, съдържаща 3% уран 235; запълва дълги стоманени тръби - горивни елементи (горивни пръти). Ако много горивни пръти са поставени близо една до друга, ще започне реакция на разделяне. За да може реакцията да се контролира, между горивните пръти се вкарват контролни пръти; като ги натискате навътре и навън, можете да контролирате скоростта на разпадане на уран-235. Комплексът от неподвижни горивни пръти и подвижни регулатори е ядрен реактор. Топлината, генерирана от реактора, се използва за кипене на вода и производство на пара, която задвижва турбина на атомна електроцентрала за производство на електричество.

33. Преобразуване на слънчевата енергия в топлинна и електрическа енергия. Вятърна енергия и водна енергия.

Основното използване на слънчевата енергия е топлоснабдяване.За директно преобразуванеслънчевата енергия в топлинна енергия, инсталациите за слънчево топлоснабдяване (SHS) са разработени и се използват широко в практиката за различни цели (снабдяване с топла вода, отопление и климатизация в жилищни, обществени, санаториални и курортни сгради, подгряване на вода в басейни и различни селскостопански производствени процеси).

Според метеоролозите в Република Беларус 150 дни в годината са облачни, 185 дни са с променлива облачност и 30 са ясни, а общият брой слънчеви часове в Беларус достига 1200 часа в северната част на страната и 1300 на юг. .

Слънчева електроцентралае структура, състояща се от множество слънчеви колектори, ориентирани към Слънцето. Всеки колектор предава слънчева енергия на охлаждаща течност, която, след като се превърне в пара, се събира от всички колектори в централна електроцентрала и се подава към турбината на електрогенератора.

Фигура 13 - Последователност на приемниците на слънчева радиация

с цел повишаване на ефективността и разходите

Основният елемент на слънчевата отоплителна системае приемник, в който се абсорбира слънчевата радиация и се предава енергия на течността. Фигура 13 показва схематично различни опцииприемници на слънчева енергия. Експлоатационният опит на тези инсталации показва, че в слънчевите системи за захранване с гореща вода 40-60% от годишното търсене на органично гориво може да бъде заменено, в зависимост от района на местоположение, при нагряване на вода до 40 ... 60 °C.

а) открит резервоар на повърхността на земята; б) открит резервоар, топлоизолиран от земята; в) черен резервоар; г) черен резервоар с топлоизолирано дъно; д) затворени черни нагреватели,

е) метални проточни нагреватели със стъклен капак;

ж) метални проточни нагреватели с два стъклени капака; з) същата, със селективна повърхност; i) същото с вакуума.

Въздушният нагревател е приемник, който има пореста или грапава черна абсорбираща повърхност, която загрява входящия въздух, който след това се подава към потребителя.

Слънчевият колектор включва приемник, абсорбиращи слънчева радиация, И хъб, която е оптична система, която събира слънчевата радиация и я насочва към приемник. Концентраторът най-често представлява огледало с параболична форма, в чийто фокус е разположен приемникът на лъчение. Постоянно се върти, осигурявайки ориентация спрямо Слънцето.

Фотоелектричните преобразуватели са устройства, чиято работа се основава на използването на фотоелектричен ефект, в резултат на което, когато веществото е осветено със светлина, електроните излизат от металите (фотоелектрическо излъчване или външен фотоелектричен ефект), зарядите се движат през интерфейса между полупроводниците и различни видовепроводимост (фотоелектричен ефект на затвора), промяна в електрическата проводимост (фотопроводимост). Методите за фотоволтаично преобразуване на слънчевата енергия в електрическа се използват за захранване на потребители в широк диапазон на мощност: от минигенератори за часовници и калкулатори с мощност от няколко вата до централни електроцентрали с мощност от няколко мегавата.

Вятърна енергия е област на технологията, която използва вятърна енергия за производство на енергия, а устройствата, които преобразуват вятърната енергия в полезни механични, електрически или топлинни форми на енергия, се наричат вятърни електроцентрали(вятърна турбина), или вятърни турбини, и са автономни

Вятърната енергия се използва в механични инсталации като мелници и водни помпи от векове. след остър скокцените на петрола през 1973 г., интересът към подобни инсталации рязко нараства. Повечето от съществуващите инсталации са изградени в края на 70-те - началото на 80-те години на съвременно техническо ниво с широко използване на най-новите постижения на аеродинамиката, механиката и микроелектрониката за наблюдение и управление. Вятърни турбини с капацитет от няколко киловата до няколко мегавата се произвеждат в Европа, САЩ и други части на света. Повечето от тези инсталации се използват за производство на електроенергия, както в единна енергийна система, така и в автономни режими.

Едно от основните условия при проектирането на вятърни турбини е да се осигури защитата им от разрушаване от много силни случайни пориви на вятъра. Във всяка област средно веднъж на всеки 50 години има ветрове със скорост 5-10 пъти по-висока от средната, така че вятърните турбини трябва да бъдат проектирани с голяма граница на безопасност. Максималната проектна мощност на вятърна турбина се определя за определена стандартна скорост на вятъра, обикновено приемана за 12 m/s.

Вятърната електроцентрала се състои от вятърно колело, генератор на електрически ток, конструкция за монтиране на вятърно колело на определена височина от земята и система за управление на параметрите на генерираната електроенергия в зависимост от промените в силата и скоростта на вятъра. на въртене на колелото.

Вятърните турбини се класифицират според две основни характеристики: геометрията на вятърното колело и неговата позиция спрямо посоката на вятъра. Ако оста на въртене на вятърното колело е успоредна на въздушния поток, тогава инсталацията се нарича хоризонтално-аксиална, ако е перпендикулярна - вертикално-аксиална.

Принципът на работа на вятърна електроцентрала е следният. вятърно колело, получавайки вятърна енергия, се върти през чифт конусни зъбни колела и с помощта на дълъг вертикален вал прехвърля енергията си към долния хоризонтален трансмисионен вал и след това чрез втора двойка конусни зъбни колела и ремъчно задвижване към електрически генератор или друг механизъм.

Тъй като периодите на затишие са неизбежни, за да се избегнат прекъсвания на електрозахранването, вятърните турбини трябва да имат батерии с електрическа енергия или да бъдат паралелни, в случай на затишие, с електроцентрали от друг тип.

Енергийната програма на Република Беларус до 2010 г. предвижда основните направления за използване на вятърни енергийни ресурси в близко бъдеще, които да се използват за задвижване на помпени агрегати и като източници на енергия за електрически двигатели. Тези приложения се характеризират с минимални изисквания към качеството на електрическата енергия, което прави възможно драстично опростяване и намаляване на цената на вятърните електроцентрали. Използването им в комбинация с малки водноелектрически централи за изпомпване на вода се счита за особено обещаващо. Очаква се до 2010 г. използването на вятърни електроцентрали за водовдигане, електрическо подгряване на вода и захранване на автономни потребители да нарасне до 15 MW инсталирана мощност, което ще осигури спестяване на 9 хиляди тона гориво годишно.

Водноелектрическа централа.

Хидроенергията представлява клон на науката и технологиите в нейното използване енергия движеща вода(обикновено реки) за производство на електрическа и понякога механична енергия. Това е най-развитата област на възобновяемата енергия.

Водноелектрическата централа е комплекс от различни конструкции и оборудване, чието използване позволява преобразуването на водната енергия в електричество. Хидравличните конструкции осигуряват необходимата концентрация на водния поток, а по-нататъшните процеси се извършват с помощта на подходящо оборудване.

Водноелектрическите централи се изграждат на реки чрез изграждане на язовири и резервоари.

Във водноелектрическата централа кинетичната енергия на падащата вода се използва за генериране на електричество. Турбината и генераторът преобразуват енергията на водата в механична енергия и след това в електричество. Турбините и генераторите са монтирани в самия язовир или в близост до него.

ориз. 14. Принципна схема на водноелектрическа централа.

В текстовете, публикувани на този сайт, често се срещат различни термини, които са имена на физични величини. Учихме много в училищния курс по физика, но знанията са склонни да се забравят без постоянна употреба. В поредица от бележки, обединени под общото заглавие „Да си спомним физиката” (бихме могли да я наречем „Отново на училище”) ще се опитаме да ви напомним какво означават основните термини, какви физични величини се крият зад тези термини, как са свързани един към друг, в какви количества се измерват. Като цяло, за предоставяне на основите, необходими за разбиране на публикуваните материали.

Нашият уебсайт като цяло е посветен на методите и технологиите за получаване на енергия (по-специално от възобновяеми източници). Хората се нуждаят от енергия, за да отопляват и осветяват домовете си, за да задействат различни механизми, които извършват полезна за хората работа. Тоест в крайна сметка трябва да получим един от трите вида енергия - топлинна, механична и светлинна енергия. Както ще бъде обсъдено по-долу, физиката разграничава няколко други вида енергия, но за нас тези три вида са най-важни. Ще завърша с предговорите и ще дам онези дефиниции на енергията, които са приети във физиката.

Работа и енергия

От училищен курс по физика (завърших училище преди 50 години) си спомням твърдението „Енергията е мярка за способността на една физическа система да върши работа.“ Уикипедия дава по-малко ясна дефиниция, като посочва това

« енергия- скаларна физическа величина, която е единна мярка за различни форми на движение и взаимодействие на материята, мярка за прехода на движението на материята от една форма в друга. Въвеждането на понятието енергия е удобно, защото ако физическа системае затворена, тогава нейната енергия се съхранява в тази система през цялото време, през което системата ще бъде затворена. Това твърдение се нарича закон за запазване на енергията."

Енергията е скаларна величина, която може да бъде измерена в няколко различни единици. Най-много се интересуваме от джаула и киловатчаса.

Джаул(Руско обозначение: J; международно: J) - единица за измерване на работа, енергия и количество топлина в Международната система от единици (SI). Джаул е равен на извършената работа, когато точката на приложение на сила, равна на един нютон, се премести на разстояние от един метър в посоката на силата. В електричеството джаул означава работата, извършена от сила. електрическо полеза 1 секунда при напрежение 1 волт за поддържане на ток от 1 ампер.

Ние обаче няма да се задълбочаваме в основите на физиката, като разберем какво е сила и какво е един Нютон, просто ще вземем понятието „енергия“ като основа и ще запомним, че определен брой джаули характеризира енергията, работата и количество топлина. Друга величина, използвана за измерване на количеството енергия, е киловатчасът.

Киловатчас(kWh) - несистемна единица за измерване на количеството произведена или консумирана енергия, както и извършената работа. Използва се предимно за измерване на потреблението на електроенергия в домакинствата, национална икономикаи за измерване на производството на електроенергия в електроенергийната индустрия.

Трябва да се отбележи, че правилното изписване е „kWh“ (мощност по време). Правописът "kW/h" (киловат на час), често използван в много медии и дори понякога в официални документи, е неправилен. Това обозначение съответства на промяната на мощността за единица време (което обикновено не интересува никого), но не и на количеството енергия. Една също често срещана грешка е да се използва „киловат“ (единица за мощност) вместо „киловат-час“.

В следващите статии ще използваме джаул и киловатчас като единици за измерване на количеството енергия или работа, като имаме предвид, че един киловатчас е равен на 3,6 10 6 джаула.

От гледна точка на темите, които ни интересуват, основното е свойството на енергията да извършва работа. Няма да разберем как физиката тълкува понятието „работа“, ще приемем, че това понятие е оригинално и недефинирано. Нека само още веднъж подчертаем, че количествено енергията и работата се изразяват в едни и същи единици.

В зависимост от вида на енергията или работата, количеството енергия се изчислява по различни начини:

Форми и видове енергия

Тъй като енергията, както беше посочено по-горе, е само мярка за различни форми на движение и взаимодействие на материята, мярка за прехода на движението на материята от една форма в друга, различните форми на енергия се разпределят в съответствие с различните форми на движение на материята. Така, в зависимост от нивото на проявление, могат да се разграничат следните форми на енергия:

• енергия на макрокосмоса - гравитационна или енергия на привличане на телата,
• енергия на взаимодействие на телата - механична,
• енергия на молекулярните взаимодействия - топлинна,
• енергия на атомните взаимодействия - химични,
• радиационна енергия - електромагнитна,
• енергията, съдържаща се в ядрата на атомите, е ядрена.

Гравитационна енергия- енергията на система от тела (частици), дължаща се на взаимното им гравитационно привличане. В земни условия това е например енергията, „съхранена“ от тяло, повдигнато на определена височина над повърхността на Земята - енергията на гравитацията. По този начин енергията, съхранявана във водноелектрическите резервоари, може да се класифицира като гравитационна енергия.

Механична енергия- проявява се при взаимодействие, движение на отделни тела или частици. Тя включва енергията на движение или въртене на тялото, енергията на деформация при огъване, разтягане, усукване и компресия на еластични тела (пружини). Тази енергия намира най-широко приложение в различни машини – транспортни и технологични.

Топлинна енергия- енергията на неподреденото (хаотично) движение и взаимодействие на молекулите на веществата. Топлинната енергия, получена най-често чрез изгаряне на различни видове гориво, се използва широко за отопление и извършване на множество технологични процеси (нагряване, топене, сушене, изпарение, дестилация и др.).

Химическа енергия- това е енергията, "съхранена" в атомите на веществата, която се освобождава или абсорбира по време на химични реакции между веществата. Химическата енергия се отделя като топлина по време на екзотермични реакции (например изгаряне на гориво) или се преобразува в електрическа енергия в галванични клетки и батерии. Тези енергийни източници се характеризират с висока ефективност (до 98%), но ниска мощност.

Електромагнитна енергияе енергията, генерирана от взаимодействието на електрически и магнитни полета. Разделя се на електрическа и магнитна енергия. Електрическата енергия е енергията на електроните (електрически ток), движещи се по електрическа верига.

Електромагнитната енергия също се проявява под формата на електромагнитни вълни, тоест под формата на радиация, включително видима светлина, инфрачервена, ултравиолетова, рентгенови лъчи и радиовълни. Така един вид електромагнитна енергия е радиационната енергия. Радиацията носи енергия под формата на енергия от електромагнитни вълни. Когато радиацията се поглъща, енергията й се превръща в други форми, най-често топлина.

Ядрена енергия- енергия, локализирана в ядрата на атомите на така наречените радиоактивни вещества. Той се отделя по време на делене на тежки ядра (ядрена реакция) или сливане на леки ядра (термоядрена реакция).

Концепциите за потенциална и кинетична енергия, познати ни от училище, не се вписват в тази класификация. Съвременната физика вярва, че концепциите за кинетична и потенциална енергия (както и енергията на разсейване) не са форми, а видове енергия:

Кинетична енергия- енергията, която телата притежават поради движението си. По-стриктно, кинетичната енергия е разликата между общата енергия на системата и нейната енергия на покой; по този начин кинетичната енергия е част обща енергия, причинени от движение. Когато тялото не се движи, кинетичната енергия е нула.

Потенциална енергия- енергия, дължаща се на взаимодействие различни телаили части от същото тяло. Потенциалната енергия винаги се определя от положението на тялото спрямо някакъв източник на сила (силово поле).

Енергия на разсейване(т.е. разсейване) - преходът на част от енергията на подредените процеси в енергията на неподредените процеси, в крайна сметка в топлина.

Факт е, че всяка от горните форми на енергия може да се прояви под формата на потенциална и кинетична енергия. Това означава, че видовете енергия трябва да се тълкуват в обобщен смисъл, тъй като те се отнасят до всяка форма на движение и следователно до всяка форма на енергия. Например, има кинетична електрическа енергия и това не е същото като кинетичната механична енергия. Това е кинетичната енергия на движението на електроните, а не кинетичната енергия на механичното движение на тялото. По същия начин електрическата потенциална енергия не е същата като механичната потенциална енергия. А химическата енергия се състои от кинетичната енергия на движението на електроните и електрическата енергия на тяхното взаимодействие помежду си и с атомните ядра.

Като цяло, доколкото разбрах при подготовката на този материал, няма общоприета класификация на формите и видовете енергия. Може би обаче не е необходимо да ги разбираме напълно физически понятия. Важно е само да запомните, че енергията не е някаква реална материална субстанция, а само мярка, предназначена да оцени движението на определени форми на материя или трансформацията на една форма на материя в друга.

Понятието сила е неразривно свързано с понятието енергия и работа.

Мощност- физическо количество, равно на общ случайскоростта на промяна, преобразуване, предаване или потребление на енергия в система. В по-тесен смисъл мощността е равна на отношението на извършената работа за определен период от време към този период от време.

Единицата за мощност на Международната система от единици (SI) е ватът, равен на един джаул, разделен на секунда.

Мощността характеризира способността на устройството да извършва работа или да произвежда енергия за определен период от време. Връзката между мощност, енергия и време се изразява чрез следната връзка:

Киловатчас (не забравяйте, че това е единица енергия)равно на количеството енергия, консумирана (произведена) от устройство с мощност от един киловат (единица за мощност)в рамките на един час (единица време).

Оттук и горепосоченото равенство 1 kWh = 1000 W ⋅ 3600 s = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ.

От трите единици, обсъдени на тази страница, мощността е тази, която е от най-голям интерес за нас, тъй като тази стойност ще се срещне, когато разглеждаме и сравняваме различни вятърни или хидрогенератори и слънчеви панели. В тези случаи мощността характеризира способността на тези устройства да произвеждат енергия. Обратно, показвайки сила на много домакински електроуредихарактеризира консумацията на енергия на тези устройства. Ако искаме да осигурим определен набор от домакински уреди с енергия, трябва да сравним общата мощност, консумирана от тези уреди, с общата мощност, която можем да получим от производителите на енергия.

Но ние ще говорим повече за мощността в следващите статии, посветени на конкретни видове енергия. И нека започнем с електрическата енергия, помислете с какви количества се характеризира електричеството и в какви единици се измерва.

Елена Панова

Детска изследователска работа

Енергия в природата и в мен

ГБОУ средно училище с. Богато съвместно предприятие " детска градина"Лайка"

Надзирател: Панова Елена Викторовна, учител

ГБОУ средно училище с. Богато съвместно предприятие " детска градина"Лайка"

1. Въведение ---

2. Какво е енергия? ---

3. Видове енергия ---

4. Практичен работа ---

5. Къде отива? енергия? ---

6. Заключение ---

Приложения ---

Референции ---

1. Въведение.

Много възрастни говорят за аз: „Което енергично момче. Колко имаш енергия? Това добре ли е или лошо? Всъщност какво е енергия? Откъде се е появила тя? И защо е в мен?

Това е, което трябва да открия в моя изследователска работа.

Цел изследвания: Разширете знанията за енергия.

Задачи: Изследвайте видовете енергия в природата.

Разберете какви видове Имам енергия в себе си.

Обект изследвания: енергия в природата.

Артикул изследвания: енергия в мен.

Хипотеза: моят познат с енергия ще ми помогне да разбера енергия, какви видове човек има енергия. И ще отговоря въпрос: „Добре ли е да си енергично момче?»

Уместност: според С. И. Ожегов „... енергияе мярка за движение и способност за производство работа». работаа движението е в основата на съвременния живот.

2. Какво е енергия?

Всяко тяло, за да расте, да се движи, да гори или изобщо да прави нещо, се нуждае енергия. какво е енергия?

Речникът на С. И. Ожегов казва за енергия след това:

1. Едно от основните свойства на материята е мярката на нейното движение, както и способността да произвежда работа.

2. Решителност и постоянство в действията (вземете от енергия за нещо) .

така че енергияе способността за движение и производство работа.

Източникът на почти всички енергияслънцето се появява на земята. Слънчевата топлина затопля земята, моретата и въздуха. Освен това генерира ветрове и вълни. енергиясъдържащ се в храната също се създава от Слънцето, тъй като растенията абсорбират слънчева светлина. енергия, съдържащ се в месото, се образува от растения, изядени от животни. Въглища, масло, естественогаз, образуван преди много милиони години от останките на животни. И енергиядължи произхода си на хим енергиянатрупани от тези растения и животни.

3. Видове енергия.

разбрах това природаима много различни видове енергия:

топлинна

Нагретите вещества го имат. Термичен енергияможе да се разпространи от едно място на друго.

химически.

Намира се в храни, горива (петрол, въглища, природен газ, в химикали.

потенциал.

Това е запасът от вътрешни енергия. Например, компресирана пружина има потенциал енергия. Ако го пуснете, тогава това е скрито ще се освободи енергия.

електрически.

Движи се по електрически проводници.

светлина

Това е специален вид енергия, който се движи по права линия с огромна скорост. Нищо в света не може да пътува по-бързо от светлината.

звук

Той се разпространява под формата на вълни, наречени звукови вълни.

Използва се в атомни електроцентрали за производство на електроенергия.

кинетичен.

това енергия на движение. Всичко, което се движи, носи кинетична енергия. енергия.

4. Практическа част.

Научаване за разнообразието от видове енергия в природата, реших проучете някои от тях.

Проучване 1.

Загрях тенджера с вода на огъня. Когато водата започна да кипи, открих, че околният въздух също се нагрява. Това е термично енергия, тя се премести от съда с вода във въздуха.

Когато бягам, ми става горещо и съм много жаден. Така че имам термична енергия.

Проучване 2.

След като разгледах електрическата крушка, видях нажежаема жичка. След това запалих електрическата крушка, нажежаемата жичка моментално светна и светлината изпълни цялата стая. Нажежаемата жичка на лампата е тази, която разпространява светлината енергия. Докоснах крушката, тя стана гореща - нажежаемата жичка я нагря, защото светлината енергияизлъчват много горещи тела. Жалко, че нямам светлина енергия.

Проучване 3.

Телефонът иззвъня, вдигнах слушалката до ухото си и чух гласа на майка ми. Това е звук енергия. Когато звуковите вълни преминават през въздуха, те го карат да вибрира, създавайки звуци.

Реших да го тествам върху себе си. Той сложи ръка на гърлото си и издаде звук и веднага усети вибрации. - Това са звукови вълни. Така че мога да разпространявам звук енергия.

Проучване 4.

В апартамента ни има електрически проводници, през които тече електрически ток и кара електрическите уреди да се движат работа. Електрическият ток донякъде прилича на река, само водата тече в реката и малки, много малки електронни частици текат през жиците. Имаме много помощни устройства, но те трябва да се използват правилно! Знам, че електричеството, с което работаелектрическите уреди са опасни за хората. Следователно, няма електричество изследванияНе посмях да го изпълня. Но има електричество, което е безвредно, тихо и незабележимо. Живее навсякъде, самостоятелно и ако го "улов", тогава можете да играете с него много интересно. Взех топката, потърках я в косата си и я поставих на стената със страната, която търках. Така топката увисна. Това се случи поради факта, че електричеството живее в косите ни и аз "хванат"когато започна да търка топката по косата си. Той се наелектризира, поради което го привлече към стената.

Това означава, че електричеството живее в косата.

Проучване 5.

Научих, че растенията абсорбират слънчевата светлина и я превръщат в химикали. енергия, който се съхранява в стъбла и листа. енергия, съдържащ се в месото, се образува от растения, изядени от животни.

Ядем зеленчуци, плодове, хляб, месо. Това означава, че получаваме химикали заедно с храната. енергия, което ни помага да тичаме, ходим, дишаме, живеем.

Проучване 6.

Всичко, което се движи, носи кинетична енергия. енергия. Взех две топки различни масии ги изпрати надолу по наклонената дъска.

Топката, която беше по-лека, не можа да пробие рамката, а топката, която беше по-тежка, лесно проби през рамката. Това предполага, че движещите се тела имат кинетика енергия, и колкото по-тежко е тялото, толкова по-бързо се движи и носи по-голям запас от кинетична сила енергия.

Това означава, че при всяко движение имам и кинетика енергия. Като порасна, ще нося повече енергия на движение.

5. Къде отива? енергия?

От проведените изследвания, които научих, което е основният източник енергията е слънцето. Но къде отива? енергия? Ще направя някои забележки.

Наблюдение 1.

Ще гледам котката. Когато котката яде храна, тя придобива химикал енергия. Когато котка направи скок, нейният химикал енергиясе превръща в кинетична. Всяко движение генерира топлина енергия. Оказва се, че хим енергияпреминали в кинетични и термични.

Наблюдение 2.

Докато гледах фойерверките, разбрах, че хим енергия, съдържаща се вътре в него, по време на експлозията се превърна в кинетична, звукова, топлинна и светлинна.

Това означава, че енергияне изчезва никъде и не възниква от нищото, постоянно преминава от една форма в друга.

6. Заключение.

Познанството ми с различни видове енергията ми помогна да разбераоткъде идва и къде отива енергия, какви видове човек има енергия.

Неслучайно го казват «… енергията е живот» . Така че не е толкова зле, че съм много енергично момче. Това ще ми трябва в живота.

Референции.

1. Даусуел Пол. Неизвестното за известното. - М.: РОСМЕН, 2001

2. Ожегов С. И. Речник на руския език. - М.: Руски език. 1999, стр. 911

3. Интернет. уебсайт "Идеи за вас"

4. Интернет. Уебсайт „Умни и умни момичета, първокласнички, изследвания - кой може да обясни??»

5. Енциклопедия „Непознатото е наблизо“- М.: РОСМЕН, 2001

6. Енциклопедия "Аз отварям света"- М .: ASTEL, 2002