«Біз миллионер боламыз...» ойынының сценарийі «Энергияны үнемдеу. Тұрақты немесе айнымалы? Зерттеу әдістері мен әдістері

Электр энергиясын беру процесі бізді ұзақ уақыт бойы таң қалдырған жоқ. Электр энергиясының біздің өмірімізде берік орныққаны сонша, ол жоқ жағдайды елестету көпшілігімізге мүмкін емес. Соңғы онжылдықтарда миллиондаған шақырым сымдар тартылды. Оларды іске қосу және пайдалану құны триллион рубльді құрайды. Бірақ әр тұтынушыға генератор орнатуға болатын болса, неге ұзын электр желілерін салу керек? Электр желілерінің ұзындығы мен берілетін электр энергиясының сапасы арасында байланыс бар ма? Осы және басқа да сұрақтарға жауап беруге тырысамын.

Сымдар мен генераторлар

Бөлінген ұрпақты жақтаушылар энергияның болашағы әрбір тұтынушының шағын генераторлық құрылғыларды пайдалануында деп санайды. Бізге таныс электр желісі соңғы күндерін өткізіп жатыр деп ойлайтын шығарсыз. Мен электр желілерінің «кәрі ханымдарын» қорғауға тырысамын және ұзын электр желілерін салу кезінде энергетикалық жүйе алатын артықшылықтарды қарастырамын.

Біріншіден, электр энергиясын тасымалдау отын тасымалдаумен тікелей бәсекелеседі темір жол, мұнай және газ құбырлары. Егер олар алыс немесе жоқ болса, электр желілерін салу энергиямен қамтамасыз етудің жалғыз оңтайлы шешімі болып табылады.

Екіншіден, электротехникаға көңіл бөлінеді назарқуат резерві. Энергетикалық жүйелерді жобалау ережелеріне сәйкес резерв оның элементтерінің кез келгені жоғалған жағдайда энергетикалық жүйенің жұмысын қамтамасыз етуі керек. Енді бұл принцип «N-1» деп аталады. Екі оқшауланған жүйе үшін жалпы резерв қосылғандарға қарағанда көбірек болады, ал азырақ резерв қымбат электр жабдықтарына жұмсалған ақшаның аздығын білдіреді.

Үшіншіден, үнемдеуге энергия ресурстарын неғұрлым сауатты басқару арқылы қол жеткізіледі. Атом электр станциялары мен су электр станциялары (шағын генерацияны қоспағанда) белгілі себептерге байланысты көбінесе ірі қалалар мен елді мекендерден алыс орналасқан. Электр желілері болмаса, «бейбіт атом» және су электр энергиясы өз мақсатына сай пайдаланылмас еді. Кең энергетикалық жүйе басқа типтегі электр станцияларының жүктемесін оңтайландыруға мүмкіндік береді. Оңтайландырудың кілті жүктеп алу кезегін басқару болып табылады. Алдымен әр кВт/сағ-ын арзанырақ өндіретін электр станциялары, одан кейін қымбатырақ электр станциялары жүктеледі. Уақыт белдеулері туралы ұмытпаңыз! Мәскеуде энергия тұтыну шарықтау шегіне жеткенде, Якутскіде бұл көрсеткіш төмен. Әртүрлі уақыт белдеулеріне арзан электр энергиясын жеткізу арқылы біз генераторларға жүктемені тұрақтандырып, электр энергиясын өндіруге кететін шығындарды барынша азайтамыз.

Біз соңғы тұтынушы туралы ұмытпауымыз керек - біз оған электр энергиясын жеткізуге неғұрлым көбірек мүмкіндік аламыз әртүрлі көздер, оның қуат көзінің үзілу ықтималдығы азырақ.

Кең ауқымды электр желісін құрудың кемшіліктеріне мыналар жатады: күрделі диспетчерлік басқару, релелік қорғанысты автоматты басқару және пайдаланудың күрделі міндеті және берілетін қуат жиілігін қосымша бақылау және реттеу қажеттілігі.

Дегенмен, атап өтілген кемшіліктердің орнын толтыру мүмкін емес оң әсерауқымды энергетикалық жүйені құрудан. Даму заманауи жүйелертөтенше жағдайларды басқару және компьютерлік технологиядиспетчерлік басқару процесін біртіндеп жеңілдету және электр желілерінің сенімділігін арттыру.

Тұрақты немесе айнымалы?

Электр энергиясын берудің екі негізгі тәсілі бар - айнымалы немесе тұрақты токты пайдалану. Егжей-тегжейлі айтпай-ақ, біз қысқа қашықтыққа айнымалы токты пайдалану әлдеқайда тиімді екенін атап өтеміз. Бірақ 300 км-ден астам қашықтыққа электр энергиясын бергенде, айнымалы токты пайдаланудың практикалық мүмкіндігі енді соншалықты айқын емес.

Бұл, ең алдымен, жіберілетін электромагниттік толқынның толқындық сипаттамаларына байланысты. 50 Гц жиілік үшін толқын ұзындығы шамамен 6000 км құрайды. Электр желісінің ұзындығына байланысты берілетін қуатта физикалық шектеулер бар екен. Максималды қуат 3000 км-ге жуық электр беру желісінің ұзындығы бойынша берілуі мүмкін, бұл жіберілетін толқын ұзындығының жартысы. Айтпақшы, ұзындығы 10 есе қысқа электр желілері арқылы бірдей қуат беріледі. Басқа желі өлшемдерімен қуат көлемі осы мәннің жартысына ғана жетуі мүмкін.

1968 жылы КСРО энергияны 2858 км қашықтыққа жеткізу бойынша әлемдегі бірегей және әзірге жалғыз эксперимент жүргізді. 500 кВ кернеудегі Волгоград-Мәскеу-Куйбышев (қазіргі Самара)-Челябинск-Свердловск (қазіргі Екатеринбург) учаскелерін қамтитын жасанды беру схемасы құрастырылды. Ұзын сызықтардың теориялық зерттеулері эксперименталды түрде расталды.

Ұзындығы бойынша рекордсмендердің қатарында Қытайдың шығысындағы Хами провинциясынан Чжэнчжоу қаласына (Хенань провинциясының орталығы) дейін тартылған 2200 км электр желісін ерекше атап өтуге болады. Айта кетейік, оны толық пайдалануға беру 2014 жылға жоспарланған.

Сондай-ақ, желідегі кернеу туралы ұмытпаңыз. Біз Джоуль-Ленц заңымен мектептен таныспыз. P = I? Р, ол электр энергиясының жоғалуы сымдағы электр тогының мәніне және ол жасалған материалға байланысты деп тұжырымдайды. Электр желілері арқылы берілетін қуат ток пен кернеудің көбейтіндісі болып табылады. Кернеу неғұрлым жоғары болса, сымдағы ток соғұрлым аз болады және осылайша беру кезінде электр энергиясын жоғалту деңгейі төмен болады. Бұдан шығатын қорытынды: егер біз электр энергиясын ұзақ қашықтыққа жеткізгіміз келсе, мүмкіндігінше жоғары кернеуді таңдау керек.

Ұзын электр желілерінде айнымалы токты пайдалану кезінде бірқатар технологиялық мәселелер туындайды. Басты мәселеэлектр желілерінің реактивті параметрлерімен байланысты. Сымдардың сыйымдылық және индуктивті реактивтілігі беру кезінде кернеу мен қуат жоғалуына айтарлықтай әсер етеді; кернеу деңгейін тиісті деңгейде ұстап тұру және реактивті құрамдас бөліктің орнын толтыру қажеттілігі бар, бұл бір километрді төсеу құнын айтарлықтай арттырады. сым. Жоғары кернеу сізді пайдалануға мәжбүр етеді үлкен мөлшероқшаулау гирляндтары, сонымен қатар сымның көлденең қимасына шектеулер қояды. Барлығы тұтас құрылымның жалпы салмағын арттырады және конструкциясы неғұрлым тұрақты және күрделі болып табылатын электр желісінің тіректерін пайдалану қажеттілігін тудырады.

Бұл проблемаларды тұрақты ток желілерін пайдалану арқылы болдырмауға болады. Тұрақты ток желілерінде қолданылатын сымдар оқшаулауда ішінара разрядтардың болмауына байланысты арзанырақ және ұзақ қызмет етеді. Реактивті қуатты беру параметрлері шығындарға айтарлықтай әсер етпейді. Тұрақты ток желілері арқылы генераторлардан қуатты беру ең тиімді, өйткені генератор роторының оңтайлы айналу жылдамдығын таңдауға болады, бұл оны пайдалану тиімділігін арттырады. Тұрақты ток желілерін пайдаланудың кемшіліктері айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру кезінде сөзсіз пайда болатын жоғары гармоникалардың орнын толтыру үшін түзеткіштердің, инверторлардың және әртүрлі сүзгілердің жоғары құны болып табылады.

Бірақ электр желісі неғұрлым ұзағырақ болса, тұрақты ток желілерін пайдалану тиімдірек болады. Электр желілерінің белгілі бір сыни ұзындығы бар, бұл бізге тұрақты токты пайдаланудың орындылығын бағалауға мүмкіндік береді, қалғандарының бәрі тең. Американдық зерттеушілердің пікірінше, кабельдік желілер үшін әсер 80 км-ден астам ұзындықтарда байқалады, бірақ бұл мән технологияның дамуымен және қажетті компоненттердің құнының төмендеуімен үнемі төмендейді.

Әлемдегі ең ұзын тұрақты ток желісі қайтадан Қытайда орналасқан. Ол Сянцзяба бөгет су электр станциясын Шанхаймен байланыстырады. Оның ұзындығы шамамен 2000 км, кернеуі 800 кВ. Көптеген тұрақты ток желілері Еуропада орналасқан. Ресейде біз Ресей мен Финляндияны байланыстыратын Выборг тұрақты ток енгізуін және ұзындығы шамамен 500 км және кернеуі 400 кВ болатын Волгоград-Донбасс жоғары вольтты тұрақты ток желісін бөлек атап өтуге болады.

Суық сымдар

Негізінен жаңа көзқарасАсқын өткізгіштік құбылысы электр энергиясының берілуін ашады. Сымдағы электр энергиясының жоғалуы кернеуден басқа сымның материалына да байланысты екенін есте ұстайық. Асқын өткізгіш материалдардың кедергісі шамамен нөлге тең, бұл теориялық тұрғыдан электр энергиясын ұзақ қашықтыққа жоғалтпай беруге мүмкіндік береді. Бұл технологияны қолданудың кемшілігі желіні тұрақты салқындату қажеттілігі болып табылады, бұл кейде салқындату жүйесінің құны әдеттегі асқын өткізбейтін материалды пайдалану кезінде электр энергиясының жоғалуынан айтарлықтай асып кетуіне әкеледі. Мұндай электр желісінің типтік конструкциясы бірнеше тізбектерден тұрады: сұйық гелийі бар корпусқа салынған сым, оларды қоршап тұратын корпус сұйық азотжәне сыртқы жағынан аз экзотикалық жылу оқшаулау. Мұндай желілерді жобалау күнделікті жүзеге асырылады, бірақ практикалық іске асыру әрқашан қол жеткізілмейді. Ең сәтті жобаАмерикандық суперкондуктор Нью-Йоркте салған желі деп санауға болады, ал ең өршіл жоба Кореядағы ұзындығы шамамен 3000 км болатын электр беру желісі болып табылады.

Қош бол сымдар!

Электр энергиясын беру үшін сымдарды мүлде қолданбау идеясы бұрыннан пайда болған. Никола Тесла 19 ғасырдың соңы мен 20 ғасырдың басында жүргізген тәжірибелері шабыттандыруы мүмкін емес пе? Замандастарының айтуы бойынша, 1899 жылы Колорадо-Спрингсте Тесла екі жүз шамды ешбір сымсыз жарықтандыруға мүмкіндік алған. Өкінішке орай, оның шығармашылығы туралы жазбалар жоқтың қасы, ал мұндай табыстар тек жүз жылдан кейін қайталанды. MIT профессоры Марин Сольячич әзірлеген WiTricity технологиясы электр энергиясын сымдарды пайдаланбай-ақ беруге мүмкіндік береді. Идея - генератор мен қабылдағышты синхронды түрде басқару. Резонансқа қол жеткізілген кезде қабылдағыштағы эмитенттің қозған айнымалы магнит өрісі электр тогына айналады. 2007 жылы бірнеше метр қашықтыққа ұқсас электр энергиясын беру тәжірибесі сәтті өтті.

Өкінішке орай, технологияның қазіргі даму деңгейі асқын өткізгіш материалдар мен технологияны тиімді пайдалануға мүмкіндік бермейді сымсыз жіберуэлектр энергиясы. Біз үйренген пішіндегі электр желілері ұзақ уақыт бойы далалар мен қала шеттерін безендіруді жалғастырады, бірақ тіпті олардың дұрыс пайдаланубүкіл жаһандық энергетикалық секторды дамытуға елеулі пайда әкелуге мүмкіндік береді.

Трансформатор - бұл желілік электр энергиясын түрлендіруге арналған құрылғы. Бұл қондырғыда екі немесе одан да көп орамдар бар. Трансформаторлар жұмыс істеу кезінде токтың жиілігі мен кернеуін, сондай-ақ желінің фазаларының санын түрлендіре алады.

Белгіленген функцияларды орындау кезінде трансформаторда қуаттың жоғалуы байқалады. Олар шығу кезінде құрылғы шығаратын электр энергиясының бастапқы мөлшеріне әсер етеді. Трансформатордың шығыны мен тиімділігі қандай, әрі қарай талқыланады.

Құрылғы

Трансформатор – статикалық құрылғы. Ол электр қуатымен жұмыс істейді. Дизайнда қозғалатын бөліктер жоқ. Сондықтан механикалық себептерге байланысты энергия шығындарының өсуі алынып тасталады.

Қуат жабдықтары жұмыс істеген кезде электр энергиясының құны артады жұмыс істемейтін уақыт. Бұл болаттағы бос жүрістегі белсенді ысыраптардың артуына байланысты. Бұл жағдайда реактивті түрдегі энергияның жоғарылауымен номиналды жүктеменің төмендеуі байқалады. Трансформаторда анықталатын энергия шығындары белсенді қуатқа жатады. Олар магниттік жетекте, орамдарда және қондырғының басқа компоненттерінде пайда болады.

Шығындар туралы түсінік

Орнату жұмыс істеп тұрған кезде, қуаттың бір бөлігі бастапқы тізбекке беріледі. Ол жүйеде таралады. Сондықтан жүктемеге түсетін қуат төменгі деңгейде анықталады. Айырмашылық трансформатордағы қуаттың жалпы төмендеуі болып табылады.

Жабдықтың энергияны тұтынуы өсетін себептердің екі түрі бар. Оларға әртүрлі факторлар әсер етеді. Олар келесі түрлерге бөлінеді:

1. Магниттік.
2. Электрлік.

Қуат трансформаторындағы электрлік шығындарды азайту үшін оларды түсіну керек.

Магниттік жоғалтулар

Бірінші жағдайда магниттік жетектің болатындағы шығындар құйынды токтардан және гистерезистен тұрады. Олар ядроның массасына және оның магниттік индукциясына тура пропорционал. Магниттік жетек жасалатын үтіктің өзі бұл сипаттамаға әсер етеді. Сондықтан өзек электрлік болаттан жасалған. Пластиналар жұқа етіп жасалған. Олардың арасында оқшаулау қабаты жатыр.

Сондай-ақ, трансформаторлық құрылғының қуатының төмендеуіне ток жиілігі әсер етеді. Ол өскен сайын магниттік жоғалтулар да артады. Бұл көрсеткішке құрылғы жүктемесінің өзгеруі әсер етпейді.

Электрлік шығындар

Орамдарда токпен қыздырылған кезде қуаттың төмендеуін анықтауға болады. Желілерде мұндай шығындар тұтынылатын энергияның жалпы көлемінің 4-7% құрайды. Олар бірнеше факторларға байланысты. Оларға мыналар жатады:

Трансформаторлардағы қуаттың жоғалуы өзгермелі. Оған тізбектердегі токтың квадраты әсер етеді.

Есептеу әдісі

Трансформаторлардағы шығындарды белгілі бір әдіспен есептеуге болады. Ол үшін трансформатордың бірқатар бастапқы сипаттамаларын алу қажет болады. Төменде келтірілген техника екі орамды сорттар үшін қолданылады. Өлшеу үшін келесі деректерді алу қажет:

• Номиналды жүйе қуаты (НМ).
• Бос (бос жүріс) және номиналды жүктеме кезінде анықталған шығындар.
• Қысқа тұйықталу жоғалуы (SCL).
• Белгілі бір уақыт ішінде тұтынылатын энергия мөлшері (PE).
• Бір айда (тоқсанда) жұмыс істеген сағаттардың жалпы саны (ОН).
• Номиналды жүктеме деңгейінде (LF) жұмыс істеген сағаттар саны.

Осы деректерді алғаннан кейін қуат коэффициенті (cos φ бұрышы) өлшенеді. Жүйеде реактивті қуатты өлшегіш болмаса, оның өтемі tg φ есепке алынады. Ол үшін диэлектрлік шығынның тангенсі өлшенеді. Бұл мән қуат коэффициентіне түрлендіріледі.

Есептеу формуласы

Ұсынылған әдістемедегі жүктеме коэффициенті келесі формуламен анықталады:

K = Ea/NM*OC*cos φ, мұндағы Ea - белсенді электр энергиясының мөлшері.

Жүктеу кезеңінде трансформаторда қандай шығындар орын алатынын белгіленген әдістеме арқылы есептеуге болады. Ол үшін формула қолданылады:

P = XX * OCH * PKZ * K² * LF.

Үш орамды трансформаторлар үшін есептеу

Жоғарыда келтірілген әдістеме екі орамды трансформаторлардың өнімділігін бағалау үшін қолданылады. Үш схемасы бар жабдық үшін бірқатар басқа деректерді ескеру қажет. Оларды өндіруші паспортта көрсетеді.

Есептеу әрбір тізбектің номиналды қуатын, сондай-ақ олардың қысқа тұйықталу шығындарын қамтиды. Бұл жағдайда есептеу келесі формула бойынша жүргізіледі:

E = ESN + ENN, мұндағы E - барлық тізбектерден өткен электр энергиясының нақты мөлшері; ESN – орташа кернеулі электр тізбегі; ENN – төмен кернеулі электр энергиясы.

Есептеу мысалы

Ұсынылған әдістемені түсінуді жеңілдету үшін есептеуді қарастырған жөн нақты мысал. Мысалы, 630 кВА күштік трансформатордағы энергия шығынының ұлғаюын анықтау қажет. Бастапқы деректерді кесте түрінде ұсыну оңайырақ.

Алынған деректерге сүйене отырып, есептеуді жүргізуге болады. Өлшеу нәтижесі келесідей болады:

P = 0,38 кВт*сағ

% жоғалту 0,001. Олардың жалпы саны 0,492% құрайды.

Тиімділікті өлшеу

Шығындарды есептеу кезінде тиімділік көрсеткіші де анықталады. Ол кіріс және шығыстағы белсенді түрдегі қуаттың қатынасын көрсетеді. Бұл көрсеткіш жабық жүйе үшін келесі формула бойынша есептеледі:

ПӘК = М1/М2, мұндағы М1 және М2 кіріс және шығыс тізбектеріндегі өлшемдермен анықталатын трансформатордың белсенді қуаты.

Шығару қондырғының номиналды қуатын қуат коэффициентіне (j квадратының косинусына) көбейту арқылы есептеледі. Ол жоғарыдағы формулада ескерілген.

630 кВА, 1000 кВА трансформаторларда және басқа қуатты құрылғыларда көрсеткіш 0,98 немесе тіпті 0,99 болуы мүмкін. Бұл құрылғының қаншалықты тиімді жұмыс істейтінін көрсетеді. Тиімділік неғұрлым жоғары болса, энергия соғұрлым үнемді тұтынылады. Бұл жағдайда жабдықты пайдалану кезінде энергия шығындары минималды болады.

Трансформатордың қуат жоғалтуларын, қысқа тұйықталуларды және бос жүрістерді есептеу әдістемесін қарастыра отырып, жабдықтың экономикалық тиімділігін, сонымен қатар оның тиімділігін анықтауға болады. Есептеу әдісі арнайы калькуляторды пайдалануды немесе арнайы компьютерлік бағдарламада есептеулерді орындауды қамтиды.

Заманауи өркениет негізінен орасан зор пайдалану есебінен бар, көп салыстырғанда ерте кездер, сөздің кең мағынасында әртүрлі машиналардағы энергия мөлшері. Оның үстіне, адамзаттың энергия тұтынуы үнемі өсіп келеді. Сонымен қатар, пайдалануға жарамды түрдегі энергия шектеулі ресурс болып табылады, сондықтан энергияның салыстырмалы қолжетімділігі жекелеген елдердің де, жалпы өркениеттің де дамуына елеулі әсер етеді.

Энергияны өндіру мен тұтынудың тұрақты статистикалық есебін жүргізетін бірнеше ұйымдар бар. Бұл мақалада, атап айтқанда, Халықаралық энергетика агенттігінің (ХЭА) деректері пайдаланылады. Әртүрлі ұйымдардың қорытындылары мен болжамдары жиі келтіріледі, бірақ олардың қалай және қандай принциптерге негізделгені сирек түсіндіріледі, бұл қате түсіндіруге жол ашады. Бұл мақалада біз бұл олқылықты түзетуге тырысамыз.

Бастапқы энергия

Энергияны есепке алу кезінде бір қиындық туындайды - энергия өзінің соңғы түрінде тұтынылғанға дейін ол өзгеру тізбегінен өтеді, кейде өте ұзақ. Электр шәйнегі суды қайнатады - энергия жылу түрінде тұтынылады, желідегі электр энергиясы түріндегі энергиядан түрленеді. Өз кезегінде энергия механикалық түрден - электр станциясындағы турбиналардың айналу энергиясынан бұл түрге айналды және ол кейбір отынды жағу нәтижесінде алынған будың жылу энергиясынан, яғни потенциалдан алынды. химиялық энергия. Осындай қарапайым болып көрінетін мәселеде бірден бес энергияны түрлендіру кезеңі болды; Сонымен қатар, әрбір кезеңде энергияның бір бөлігі, әрине, жоғалады, сондықтан соңғы түрдегі энергияны тұтыну әрқашан оны өндіруден айтарлықтай аз болады. Жазбаларды қай кезеңде сақтау керек?

Сипатталған күрделілікке байланысты энергия статистикасы энергия өндіру мен тұтынуды тізбектің басына мүмкіндігінше жақын деп аталатын нысанда жазады. бастапқы энергия. Бастапқы энергияны түрлендірудің екі түрі ғана бақыланады: электр энергиясын өндіру, яғни электр энергиясын өндіру және жылу энергиясын өндіру, яғни жылу энергиясын өндіру (кейіннен басқа түрге ауыстырмай). Энергияны одан әрі түрлендіру статистикада есепке алынбайды.

Біз бастапқы энергия түсінігін сәл кейінірек егжей-тегжейлі түсіндіреміз, бірақ әзірге біз бастапқы энергия көздерінің түрлерін тізімдейміз:

Жаңартылмайтын, соның ішінде:

• Қазба отындары, соның ішінде:
  • Мұнай
  • Табиғи газ
  • Көмір
• Атомдық энергия

Жаңартылатын, соның ішінде:

• Гидроэнергетика
• Биоотын/биомасса
• Күн энергиясы
• Жел қуаты
• Геотермалдық энергия және т.б.

Біздің тізімде сіз көздердің жаңартылатын және жаңартылмайтын болып бөлінуін көре аласыз. Көздің жаңартылуы оның ауқымдағы әлеуетті сарқылмайтындығын білдіреді адам әрекеті. Әрине, бұл бөлу негізінен ерікті. Мәселен, мысалы, қазба отындары жер қойнауында үнемі қалыптасады (яғни, жаңартылады), олар мұны біздің энергетикалық қажеттіліктеріміздің стандарттары бойынша баяу жасайды, сондықтан оларды жаңартылатын жолмен пайдалану әрекеті мүлдем мағынасыз. . Көбірек маңызды мысал- бұл биоотын, оның құрамына отын сияқты қарапайым нәрсе кіреді. Отынның көзі, біз білетіндей, орман, және адамдар оны оңай сарқып алады, сондықтан ол белгілі бір шекке дейін ғана жаңартылады. Дегенмен, бөлу маңызды және жиі қолданылады.

Қазба және биологиялық отындар үшін бастапқы энергия мөлшері өте қарапайым түрде анықталады: бұл отынның массасына көбейтілген меншікті жану жылуы. Қазба отынының меншікті жану жылуы ондағы сутегінің болуына байланысты: көміртегі атомына төрт сутегі атомы келетін метан үшін ол 50 МДж/кг-ға тең; көміртегі атомына шамамен нөлдік сутегі атомы келетін көмір үшін – шамамен 30 МДж/кг; мұнай үшін ол шамамен ортасында. Тәжірибеде бір отынның әртүрлі түрлері үшін жанудың жылулық құндылығы сәл өзгеше болуы мүмкін екендігі анық, ал статистикада бұл мүмкін болса, ескеріледі.

Барлық басқа отынсыз энергия көздері дерлік тек электр және жылу энергиясын өндіру үшін пайдаланылады. Олар үшін бастапқы энергия аздап ерекшеленеді. Электр энергиясы жылу энергиясынан өндірілетін жағдайларда ол бастапқы энергия болып саналады. Бұл атом энергетикасында, сондай-ақ геотермиялық және күн жылу электр станцияларында орын алады. Егер электр энергиясы тікелей табиғи көзден өндірілсе, онда өндірілген электр энергиясының өзі бастапқы болып саналады. Бұл су және жел энергетикасында, сондай-ақ фотоэлектрлерде (күн энергиясының бір түрі) орын алады.

Бастапқы энергияны өлшеу үшін әртүрлі өлшем бірліктері қолданылады. Біз 41,868 ГДж тең мұнай эквивалентінің тоннасын қолданамыз. Жылу энергиясының бұл мөлшері орташа бір тонна мұнайды жағу кезінде бөлінеді деп болжанады. мың текше метртабиғи газда орта есеппен шамамен 0,8 саусақ бар. Сондай-ақ мұнай эквивалентінің бір тоннасы 11 630 киловатт-сағатқа тең. Егер сіз үйде электр есептегіштің бір айда қанша киловатт-сағат жұмыс істейтінін білсеңіз, онда 1 саусақта қанша энергия бар екенін елестете аласыз.

Энергия өндіру: жылу және электр энергиясын өндіру

Бүгінгі таңда бастапқы энергияның шамамен 40% жылу және электр энергиясын өндіруге жұмсалады. Бұл процестер энергетикалық секторда когенерацияның кең таралуына байланысты бірге қарастырылады - пайдалы жылу және электр энергиясын бірлесіп өндіру, мысалы, біріктірілген жылу және электр станцияларында (ЖЭО). ЖЭО – жылу электр станциясының (ЖЭО) бір түрі. Жылу электр станциясының айырмашылығы - пайдаланылған будың жылуы жылу желісіне беріледі, ал басқа ЖЭС-те ол қоршаған орта. Осыған байланысты жылу электр станцияларының тиімділік коэффициенті (ТҚ) айтарлықтай жоғары және әдеттегі ЖЭС үшін 30-40% салыстырғанда 50-60% жетеді. Бірақ электр және жылу энергиясын өндірудің бүгінгі қолымызда бар әдістерін ретімен қарастырайық.

Жылу электр станциялары 19 ғасырдың аяғынан бері бар және өте қарапайым жобаланған. Жанармайдың жануына байланысты қазандықтағы су өте жоғары температура мен қысыммен буға айналады. Бұл бу турбина қалақтарына бағытталады және сол арқылы оны айналдырады. Айналу магниттер бекітілген электр генераторының білігіне беріледі; айналмалы магнит өрісі электромагниттік индукция заңына сәйкес тұйық өткізгіште электр тогын тудырады. Турбинадан шығатын бу конденсаторға түседі, онда ол салқындатылады және қайтадан суға айналады, содан кейін ол қайтадан қазандыққа түседі.

Бу турбиналы қондырғысы бар жылу электр станциясының жұмыс принципі жоғарыда сипатталған. Сондай-ақ газ турбиналық қондырғылар бар: оларда турбина отынның жану өнімдерімен тікелей ыстық газдар ағыны түрінде айналады (осылайша, газ турбинасы - іштен жанатын қозғалтқыш, ал бу турбинасы - сыртқы жану. қозғалтқыш). Ең жоғары тиімділікке екі қозғалтқыштан тұратын құрама циклді қондырғыда қол жеткізіледі; Бұл қондырғыда газ турбинасынан шығатын әлі ыстық газдар бу турбиналық қазанды қыздыру үшін пайдаланылады.

Жалпы алғанда, электр генераторы өз білігінің дәл нені айналдыратынына мән бермейді, сондықтан кез келген жылу қозғалтқышының (поршенді қозғалтқышты қоса) электр генераторымен үйлесуі қозғалтқыш сияқты бір типтегі жылу электр станциясын құрайды. Қатаң айтқанда, принцип жылулық емес электр станцияларының көпшілігі үшін бірдей: біріншіден, қандай да бір қозғалтқыштың көмегімен энергия бастапқы күйінен механикалық энергияға айналады, содан кейін электр генераторының көмегімен электр энергиясына айналады.

Жылу электр станциялары үшін отын көмір, табиғи газ және әлдеқайда жиі мұнай өнімдері (мазут немесе дизель) болып табылады. Газ турбиналық және аралас циклді ЖЭС негізінен табиғи газды пайдаланады; Көмір тек қана бу турбиналы қондырғылары бар жылу электр станцияларында қолданылады. Биоотынмен жұмыс істейтін жылу электр станциялары да бар. Бұл пресстелген түйіршіктер түріндегі ағаш өңдеу немесе ауыл шаруашылығы қалдықтары, сондай-ақ биогаз - әртүрлі биологиялық қалдықтарды, соның ішінде тұрмыстық және ағынды суларды өңдейтін бактериялардың өмірлік белсенділігінің өнімі болуы мүмкін.

Атом электр станциясында (АЭС) бу жасау үшін қазандық ретінде жоғары қысымтізбекті реакция кезінде радиоактивті изотоптар ядроларының ыдырауынан алынатын энергияны пайдаланатын ядролық реактор. Атом электр станциясының бу турбиналы жылу электр станциясынан түбегейлі айырмашылығы жоқ – нәтижесінде пайда болатын бу турбинаға түседі және т.б. Атом электр станциясында жылу мен электр энергиясын когенерациялауды да жүзеге асыруға болады, содан кейін атомдық біріктірілген жылу-электр станциясы - АТЭС алынады. Ядролық отын қорлары шектеулі қолайлы кен орындарынан өндірілген ураннан өндіріледі. Бұл ядролық энергияның жаңартылмайтын энергия көзі екенін білдіреді.

Жылу және электр энергиясын өндірудің барлық басқа әдістері жаңартылатын энергия көздерін пайдаланады. Сонымен, су электр станциясында (ГЭС) электр генераторының білігі, сіз болжағаныңыздай, гидравликалық турбинаға айналады. Өз кезегінде, соңғысы су қысымының энергиясы есебінен айналады. Қажетті биіктік айырмашылығын жасау үшін су электр станциясында бөгет қажет. Егер өзеннің еңісі жеткілікті үлкен болса (тауда жиі болатындай), онда сіз бөгетсіз жасай аласыз.

Күн электр станциялары әдетте фотоэффект құбылысын пайдаланады: белгілі бір энергияның (толқын ұзындығы) жарық бөлшектері (фотондар) белгілі бір жолмен ұйымдастырылған зат атомдарынан электрондарды сөндіруі мүмкін (әдетте жиналған жартылай өткізгіш фотоэлектрлік элементтер). күн панельдері). Бұл технологияны фотоэлектрлік деп те атайды. Ол қозғалатын бөліктердің толық болмауына байланысты электр энергиясын өндірудің басқа әдістерімен жақсы салыстырады - энергия күн радиациясымеханикалық энергия сатысын айналып өтіп, тікелей электр энергиясына айналады.

Күн энергиясының тағы бір түрі - күн энергиясы жылу түрінде жиналатын және кәдімгі жылу электр станцияларының принципі бойынша электр энергиясын өндіруге жанама түрде пайдаланылатын күн жылу электр станциялары. Жинау күн энергиясыӘдетте линзалар мен айналар жүйелері қолданылады - бұл концентрлі күн электр станциялары (CSP) деп аталады.

Жел электр станциялары электр энергиясына айналады механикалық энергияжелдің әсерінен жел генераторының қалақтарының айналуы. Жел генераторы, күткендей, жел турбинасы мен электр генераторынан тұрады. Жер атмосферасының циркуляциясы, яғни жел негізінен күннің жер бетін біркелкі қыздырмауынан болады. Сондықтан, дәл солай күн электр станциясы, жел генераторы күннен алынатын жаңартылатын энергияны пайдаланады.

Сондай-ақ, жылу электр станцияларына ұқсас жобаланған, бірақ қазандықты жылыту үшін ыстық жер асты суының энергиясын пайдаланатын геотермалдық электр станциялары бар. Геотермалдық көздерден алынатын жылуды тікелей жылытуға да пайдалануға болады. Жер асты суларының температурасы салыстырмалы түрде төмен болғандықтан, геотермиялық электр станцияларының тиімділігі айтарлықтай төмен - шамамен 10%.

Ақырында, толқындық және толқындық электр станциялары сәйкесінше теңіз толқындары мен толқындарының энергиясын пайдаланады. Жалпы алғанда, электр энергиясын өндірудің бұл әдістерін теңіз энергиясы деп атауға болады.

2013 жылы әлемде барлығы 23 318 тераватт-сағат (немесе 2 008 миллион т.б) электр энергиясы өндірілді және тұтынылды, сонымен қатар 354 миллион т.б жылу; жылу мен электр энергиясының сомасы 2 362 млн т.б. Бұл ретте 5115 млн т.б бастапқы энергия әртүрлі формада тұтынылды. Осылайша, жылу және электр энергиясын өндірудің орташа тиімділігі (өндірілген энергияның бастапқы энергияға қатынасы) 46% құрады.

1-суретте жылу және электр энергиясын өндіру үшін бастапқы энергияның әртүрлі түрлерін пайдалану диаграммасы көрсетілген. Кестеде қазба отындары (яғни, көмір, мұнай және табиғи газ) осы мақсаттарға пайдаланылатын негізгі энергияның төрттен үш бөлігін құрайтыны көрсетілген. Қалған тоқсан ядролық және жаңартылатын энергиядан келеді.

Сурет 1. 2013 жылы жылу және электр энергиясын өндіру үшін бастапқы энергия көздері бойынша пайдалану (барлығы 5115 млн. т.б.).

Алайда, егер сіз нақты өндірілген электр энергиясын көз бойынша бөлу диаграммасына қарасаңыз (2-сурет), электр энергиясын өндірудің әртүрлі әдістерінің әртүрлі тиімділіктері (өндірілетін электр энергиясының қатынасы мағынасында) болуына байланысты сурет айтарлықтай ерекшеленеді. бастапқы электр қуатына). Осылайша, энергия статистикасы шеңберінде фотоэлектрлік, сондай-ақ су және жел энергиясының тиімділігі 100% тең деп есептеледі: жоғарыда айтылғандай, бұл көздердің бастапқы энергиясы нақты алынған электр энергиясы ретінде түсініледі. Барлық дерлік басқа көздер бойынша біріншілік энергия жылу болып табылады, ол механикалық энергия арқылы электр энергиясына айналады. Бұл процестің электрлік тиімділігі пайдаланылатын жылу қозғалтқышының түріне және қол жеткізілген температураға байланысты және орташа есеппен 30-40% шамасында. Сонымен қатар, бұл көздерден пайдалы жылу да өндіріледі, ол 2-суреттегі деректерге кірмейді.

Нәтижесінде, 2-суретте су энергетикасының үлесі 16%-ға дейін өсті, ал жел энергиясының үлесі кем дегенде байқалатын болды – 3%. Күн энергиясының үлесі «басқалардың» 1% арасында әлі де жасырылған. Біз үшін, әрине, өндірілген электр энергиясының қандай үлесі бізге сол немесе басқа көзден берілетіні маңыздырақ, сондықтан 2-суреттегі диаграмма 1-суреттегі диаграммаға қарағанда практикалық мағынаға ие. Ал біршама айқын емес. бастапқы энергия тұжырымдамасы қажет болған жағдайда пайдалануға ыңғайлы, мысалы, жаңартылатын көздердің маңыздылығын бағаламау. Бірақ бұл тұжырымдама жаман және қажет емес дегенді білдірмейді. Бүкіл әлемде пайдаланылатын негізгі энергияның шамамен бестен екі бөлігі ғана жылу мен электр энергиясын өндіруге жұмсалады; қалғанын басқа жолдарға жұмсаймыз.

Алғашқы энергия тұтыну

3-суретте жылу және электр энергиясын өндірудің аралық кезеңін көрсететін 2013 жылы дүниежүзілік энергия тұтыну диаграммасы көрсетілген. Диаграмма бір жыл ішінде барлық қажеттіліктерге 13,559 млн т.б бастапқы энергия жұмсалғанын көрсетеді. Оның ішінде 5 115 миллион т.б. бастапқы энергия жылу мен электр энергиясын өндіруге жұмсалды, нәтижесінде 2 362 миллион т.б. жылу және электр энергиясы тұтынуға дайын болды, генерация процесінде 2.753 миллион т.б. энергия жоғалды. Энергетика деп аталатын салада – энергия ресурстарын өндіру мен өңдеуге, энергия өндіруге, энергияны бір түрден екінші түріне түрлендіруге, сондай-ақ жылу және электр энергиясы түріндегі энергияны тасымалдауға – 1686 млн. оның ішінде 1291 млн т.б бастапқы энергия және 395 млн т.б қайталама, яғни жылу мен электр энергиясы өндірілді. Қалған 7153 млн т.б бастапқы энергия экономиканың әртүрлі салаларында басқа әдістер арқылы тұтынылды; 1967 млн ​​т.б қайталама (генерацияланған) энергияны ескере отырып, жалпы соңғы энергия тұтыну 9120 млн т.б. құрады.

Энергияны тұтынудың секторларын оның көздері контекстінде толығырақ қарастырайық.

Өнеркәсіп саласының аты өзі айтып тұр. Бұл сектордағы энергия негізінен металлургия, химия және мұнай-химия өнеркәсібінде, сондай-ақ өңдеу өнеркәсібінде тұтынылады. құрылыс материалдары(цемент) және целлюлоза-қағаз өндірісі. Алайда, жүктерді тасымалдау және қазба отындарын өндіру және өңдеу кезіндегі энергия шығыны есепке алынбайды. Сонымен қатар, энергетикалық ресурстарды тұтыну шикізат немесе өндіріске кіріс материалдар ретінде емес, арнайы энергия ресурстары ретінде пайдаланылған кезде ғана осы секторға қосылады.

Өнеркәсіпте қазбалы отын негізінен жылытуға, яғни өндіріс технологиясы жоғары температураны қажет еткенде қолданылады. Белгілі мысал - металл балқыту. Жылыту цемент өндірісінде де қажет (барабанды пештер), сонымен қатар белгілі кезеңдеріхимия және мұнай-химия өндірісі. Сонымен қатар, мұнай өнімдерін құрылысқа отын ретінде пайдалану және т.б арнайы жабдықбұл секторда да көрініс табады. Өнеркәсіптік сектордағы биоэнергетика негізінен ағаш кесу, ағаш өңдеу және целлюлоза-қағаз өнеркәсібінде ағаш қалдықтарын кәдеге жарату болып табылады.

Көлік секторы автомобиль, әуе, су, теміржол және құбыр көлігінде энергия тұтынуды қамтиды. Бұл секторға негізгі мақсаты жолаушылар мен жүктерді тасымалдау емес, басқа қызмет түрлері, мысалы, құрылыс, тау-кен өндіру, ағаш кесу, балық аулау және т.б. болып табылатын жабдықпен отын шығыны кірмейді. Бұл жерде энергияның шамамен 40-50% құрайды. секторын жеңіл автомобильдер пайдаланады.

Көлік саласында энергияның 90%-дан астамы мұнайдан алынады деп күтілуде, яғни мазут өнімдері: бензин, дизельдік отын, керосин, мазут және т.б. Қалғанының басым бөлігі әртүрлі түрдегі табиғи газ. Атап айтқанда, темір жолдардағы электровоздар мен қалалық көлікте троллейбустары бар трамвайлар көптеген ондаған жылдар бойы кеңінен қолданылып келе жатқанына қарамастан, бүгінде биоотын мен электр энергиясын пайдалану айтарлықтай байқалмайды.

«Ғимараттар» деген толық емес атауы бар секторға тұрғын үй және әртүрлі типтегі қоғамдық (бірақ өндірістік емес) ғимараттарды жылыту, салқындату, ыстық сумен жабдықтау, жарықтандыру, сондай-ақ жұмысқа жұмсалған энергия кіреді. тұрмыстық техникажәне аспаздық жабдықтар. Өндірілген жылу мен электр энергиясының 40-45 пайызы осы секторға жұмсалады, бұл басқа салаларға қарағанда көбірек. Табиғи газдың салыстырмалы түрде жоғары үлесі, әрине, тағамдық газды пайдаланумен байланысты. Сондай-ақ бұл сектор барлық бастапқы биоэнергияның 60%-дан астамын тұтынады. Бұл негізінен ағаш және басқа да қатты биоотындар, әсіресе дамушы елдер деп аталатын дәстүрлі қоғамдарда өте кең қолданылады. Осылайша, бүгінгі таңда сәнді «биоэнергия» сөзі негізінен отын мен құрғақ көңді қамтиды.

Ақырында, «басқа» сектор ауыл шаруашылығында және ұқсас салаларда (балық аулау, орман шаруашылығы) энергия тұтынуды қамтиды. Бұл сектор сонымен қатар қазбалы отынды энергия өндіру үшін емес, жағармай, асфальт, еріткіштер, химия және мұнай-химия өнімдері және т.б. өндіру үшін шикізат ретінде пайдалануды ескереді. бөлігі оның жалпы тұтынуы шамамен 16% құрайды.

Барлық салада жылу мен электр энергиясын пайдалану айтарлықтай ашық. Өндірілген электр энергиясының шамамен 16% (331 млн т.б) энергетикалық секторда қазба және ядролық отынды өндіруге және өңдеуге жұмсалатынын, сонымен қатар электр желілері арқылы беру кезінде жоғалатынын ғана айта кетейік. Ұқсас шығындар жылу энергиясын жылу желілері арқылы беру кезінде орын алады. Бұл энергия шығыны «энергетикалық сектор» деп аталатын диаграммада көрсетілген.

Дәл сол «энергетика секторы» қазба отындарын өндіру мен өңдеуге, биоотын өндіруге, отынды бір түрден екінші түрге айналдыруға (газ мен көмірді сұйылту, газды сұйықтыққа айналдыру, көмір мен мұнайды газдандыру), көмірсутектерді кокстеу кезіндегі энергия шығындарын ескереді. көмір, сондай-ақ газды, мұнайды, көмірді және биоотынды тасымалдау және сақтау кезіндегі ысыраптар.

4-суретте 3-суреттегі диаграммаға сәйкес дүниежүзілік бастапқы энергия тұтынудың көздер бойынша бөлінуі көрсетілген. Осылайша, жалпы алғанда, бүгінгі күні адамзат өзінің бастапқы энергиясының 80%-дан астамын қазба отындарынан (яғни, көмір, мұнай және табиғи газ) алады. және 85%-дан астамы – қалпына келмейтін көздерден (сол сияқты, плюс атом энергиясы). Жаңартылатын көздер бұрынғысынша бастапқы энергияның 15%-дан азын құрайды. Бір жағынан, бірқатар жаңартылатын көздер (су энергиясы, жел энергиясы, фотоэлектр энергиясы) анықтамасы бойынша жүз пайыздық тиімділікке ие екенін есте ұстаған жөн, бұл олардың түпкілікті тұтыну тұрғысынан маңыздылығын күрт арттырады. Екінші жағынан, барлық жаңартылатын көздердің үштен екі бөлігін және жалпы бастапқы энергия тұтынудың 10% құрайтын биоэнергия негізінен өнеркәсіптік емес қоғамдарға тән; сондықтан оны басқа жаңартылатын энергия көздеріне жатқызылған жаңашылдық пен күрделілікпен байланыстырудың қажеті жоқ.

Жаһандық энергетикаға қатысты қандай болжамдар бар екенін келесі бөлімде айтатын боламыз.

Электр энергиясын жоғалту мәселесі қандай? Қалалық желідегі ысыраптар туралы айтатын болсақ, түптеп келгенде электр энергиясы үшін жұмсағанымыздан артық төлеуге тура келеді. Егер олар аккумулятордың, батареялардың және электр құрылғыларының арасында пайда болса, онда біз жабдықтың қызмет ету мерзімін жоғалтамыз. Шығындар, мысалы, автономды электр генераторларында (газ, бензин, дизель) отынның ысырапты шығынына әкеледі. Электрлік шығындар электр желісінің өзіне де теріс әсер етіп, оны шамадан тыс жүктеп, оның жекелеген учаскелерінің шамадан тыс қызуын тудырады. Жалпы, бұл мәселеде жақсы ештеңе жоқ. Осы тақырыпта электр энергиясын жоғалтудың не екенін қарастырайық.

Ең алдымен, электр энергиясының жоғалуы тізбектерде қарсылықтың болуымен байланысты. Ом заңын еске түсірсеңіз (U=I*R), кернеу ток пен кедергіге байланысты екенін көре аласыз. Ал электр тізбектеріндегі бұл кедергі неғұрлым көп болса, соғұрлым ток аз болады. Нәтижесінде, егер электр желісінде жеткілікті үлкен қарсылық пайда болса, тұтыну нүктесінде кернеудің күшті төмендеуі орын алуы мүмкін, бұл көптеген электр жабдықтарының жұмысына теріс әсер етеді.

Егер сіз электр өткізгіштердің ішіне қарасаңыз, дәл осы қарсылықтың себебін көруге болады. Барлық заттар атомдардан тұрады. Қатты заттаркристалдық торы бар. Электр тогының қозғалысы өткізгіш ішіндегі бос электрондардың қозғалысы нәтижесінде пайда болады. Бұл зарядтар жай ғана бір атомнан екінші атомға (көршілес) секіреді. Қосылған кезде сыртқы көзэлектрмен жабдықтау, электрондардың қозғалысы реттелген және бір бағытты қозғалысты құрайды. Бірақ атомдардың өздері белгілі бір температураға ие болғандықтан (және бұл өздерінің атом ішілік қозғалысы элементар бөлшектер), содан кейін электрондар өткізгіш бойымен қозғалғанда, олар үнемі өз жолында кристалдық тордың атомдарымен (ішкі қозғалысымен) соқтығысуы керек. Ал өткізгіш денесінің температурасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым оның кедергісі жоғары болады. Электронның өткізгіш ішінде қозғалуы қиынырақ болады.

Сондай-ақ, қарсылық белгілі бір өткізгіштің өткізгіштігіне байланысты екенін қосу керек. Мысалы, егер сіз алтыннан, мыстан, алюминийден жасалған қарғыбаудың бірдей бөліктерін алсаңыз, онда алтын ең аз қарсылыққа ие болады, ал алюминий ең үлкен болады (мыс кедергісі олардың арасында болады). Сонымен қатар, өткізгіштік өткізгіштің көлденең қимасына байланысты. Өткізгіш неғұрлым жұқа болса, соғұрлым оның кедергісі көп болады.

Егер біз қазір электрмен жабдықтау жүйелеріне қарасақ және электр тізбектерідиаграммаларда электр энергиясын жоғалту мәселесіне қатысты көп нәрсе анық болады. Электр станциясы немесе қосалқы станция соңғы тұтынушыдан неғұрлым алыс болса, электр беру желісінің кедергісі соғұрлым жоғары болса, ондағы шығындар соғұрлым көп болады. Белгілі бір электр құрылғысын электрмен қамтамасыз ететін сымдар неғұрлым ұзын және жұқа болса, соғұрлым электр энергиясының жоғалуы соғұрлым көп болады. Байланыс байланысы неғұрлым нашар болса (тотығу, көміртектің ұшқынына байланысты), контурдағы бұл жердің кедергісі соғұрлым жоғары болады, соғұрлым ондағы электр энергиясының жоғалуы соғұрлым көп болады. Ойлау жалпы мағынасытүсінікті.

Сонымен қатар, электр кедергісі белсенді және реактивті болуы мүмкін. Кәдімгі жылытқыштар, қыздыру шамдары және электр плиталары белсенді қарсылыққа ие. Олар барлық дерлік электр энергиясын тұтынады (шамамен 90%, олардың косинус фи бірлікке бейім). Бірақ әртүрлі катушкалар мен сыйымдылықтарды қамтитын электр жабдығының реактивтілігі бар. Ал реактивтілік мәселесі - бұл құрылғы барлық электр энергиясын тұтынбайды, оның айтарлықтай бөлігі жүктемеден көрінеді, толық сіңірілмейді және желіге қайта оралады.

Реактивті жүктеме кезінде косинус phi 0,3-тен 0,8-ге дейін тең болуы мүмкін. Бұл жағдайда сымдарда электр энергиясының қосымша жоғалуы орын алады, ток пен кернеудің асқынуы және асқынуы электр жабдығының жұмысына теріс әсер етеді (электроника әсіресе бұған сезімтал). Реактивті жүктеме электр есептегіштерінің көрсеткіштеріне де теріс әсер етеді, олар дұрыс емес көрсеткіштерді көрсетеді. (Статистика бойынша) өтелмеген реактивті қуаттың арқасында электр энергиясының жоғалуы 30% жетуі мүмкін екені белгілі және бұл аз емес.

Бұл фактіні де қосуға болады. Егер сіздің үйіңізде электр энергиясының ысыраптары болса, онда электр энергиясын басқа адал тұтынушылар өздерінің тегін ақысын төлеуі керек. Әрбір нақты тұтынушыға (пәтерге) орнатылатын жеке электр есептегіштерінен басқа, жалпы электр есептегіштері де бар. Сондықтан олардың көрсеткіштері электр энергиясының құнын есепке алады. Бұл адам факторына байланысты болса да, электр энергиясын жоғалту тақырыбына да қатысты.

P.S. Электрмен жабдықтау жүйелері дұрыс жобаланса, жалпы және нақты тұтынушыларға жақын желілерде электр шығындарының көпшілігін жоюға болады. Мысалы, кіріске алюминийдің орнына мыс сымын (қолайлы көлденең қима) қою арқылы сіз желінің осы бөлігіндегі қажетсіз қарсылықтан құтыласыз. Үй жағдайында электр сымдарына профилактикалық қызмет көрсету және жаңғырту (қалқандағы бос контактілерді қатайту, күйген контактілерді тазалау, жаңа, жоғары сапалы құрылғыларды пайдалану, ескі алюминий сымдарын жаңа мыс сымдарға ауыстыру, реактивті қуатты өтейтін құрылғыларды орнату және т.б.) жүргізу арқылы. .) сонымен қатар электр энергиясының қажетсіз ысыраптарын жою арқылы қуат шығындарын айтарлықтай азайтуға болады.

№7 дәріс

Желі элементтеріндегі қуат және электр энергиясының жоғалуы

1. Желі элементтеріндегі қуат жоғалтулары.

2. Электр желілеріндегі электр қуатының жоғалуын есептеу.

3. Біркелкі бөлінген жүктемесі бар электр желілеріндегі электр қуатының жоғалуын есептеу.

4. Трансформаторлардағы қуаттың жоғалуын есептеу.

5. Тұтынушылардың қысқартылған және есептелген жүктемелері.

6. Электр энергиясының шығынын есептеу.

7. Электр қуатын жоғалтуды азайту шаралары.

Желі элементтеріндегі қуат жоғалтулары

Электр желісі элементтерінің жұмысын сандық сипаттау үшін оның жұмыс режимдері қарастырылады. Жұмыс режимі– бұл токтардың, кернеулердің, белсенді, реактивті және көрінетін қуаттардың мәндерімен сипатталатын тұрақты электрлік күй.

Режимдерді есептеудің негізгі мақсаты режимдердің рұқсат етілгендігін тексеру үшін де, желі элементтерінің үнемді жұмысын қамтамасыз ету үшін де осы параметрлерді анықтау болып табылады.

Желілік элементтердегі токтардың және оның түйіндеріндегі кернеулердің мәндерін анықтау элемент бойынша жалпы қуаттың таралуының суретін құрудан басталады, яғни әрбір элементтің басындағы және соңындағы қуаттарды анықтаудан. Бұл үлгі ағынның таралуы деп аталады.

Электр желісінің элементінің басындағы және соңындағы қуатты есептеу кезінде элементтің кедергісіндегі қуат жоғалтулары және оның өткізгіштігінің әсері ескеріледі.

Электр желілеріндегі электр қуатының жоғалуын есептеу

Электр беру желісінің учаскесіндегі белсенді қуат жоғалтулары (7.1-суретті қараңыз) сымдар мен кабельдердің белсенді кедергілерінен, сондай-ақ олардың оқшаулауының жетілмегендігінен туындайды. Үш фазалы электр желісінің белсенді кедергілерінде жоғалған және оны жылытуға жұмсалған қуат мына формуламен анықталады:

https://pandia.ru/text/78/372/images/image002_165.gif" width="329 height=29" height="29">

Мұндағы Absorbtion" href="/text/category/absorbtciya/" rel="bookmark">сіңу. Шығындар мына формула арқылы есептеледі:

Қайда У

Г– LEP белсенді өткізгіштігі.

Әуе электр желілерін жобалау кезінде олар тәждің пайда болу мүмкіндігі іс жүзінде болмайтындай сым диаметрін таңдай отырып, тәжден болатын қуат жоғалтуларын нөлге дейін төмендетуге тырысады.

Электр беру желісінің учаскесіндегі реактивті қуаттың жоғалуы сымдар мен кабельдердің индуктивті реактивтілігінен туындайды. Үш фазалы электр желісінде жоғалған реактивті қуат белсенді кедергілердегі жоғалған қуатқа ұқсас есептеледі:

Сыйымдылық өткізгіштік арқылы пайда болатын LEP зарядтау қуаты мына формуламен есептеледі:

,

Қайда У– желінің басындағы немесе соңындағы желінің кернеуі;

Б– электр желісінің реактивті өткізгіштігі.

Зарядтау қуаты желінің реактивті жүктемесін азайтады және осылайша ондағы қуат жоғалуын азайтады.

Біркелкі бөлінген жүктемесі бар электр желілеріндегі электр қуатының жоғалуын есептеу

Жергілікті желі желілерінде ( ) бірдей қуатты тұтынушылар бір-бірінен бірдей қашықтықта орналасуы мүмкін (мысалы,). Мұндай электр желілері біркелкі бөлінген жүктемесі бар желілер деп аталады (7.2-суретті қараңыз).

Ұзындығы біркелкі жүктелген үш фазалы айнымалы ток желісінде Лжалпы ағымдағы жүктемемен IҰзындық бірлігіне ағымдағы тығыздық болады мен/Л. Сызықтық белсенді қарсылықпен r 0 белсенді қуат жоғалтулары болады:

https://pandia.ru/text/78/372/images/image011_59.gif" ені="279" биіктігі="108 src=">

Егер жүктеме соңында шоғырланған болса, онда қуаттың жоғалуы келесідей анықталады:

.

Жоғарыда келтірілген өрнектерді салыстыра отырып, біркелкі бөлінген жүктемесі бар желідегі қуат жоғалтулары 3 есе аз екенін көреміз.

Трансформаторлардағы қуаттың жоғалуын есептеу

Трансформаторлар мен автотрансформаторлардағы активті және реактивті қуат жоғалтулары болаттағы ысыраптар және мыстағы ысыраптар (жүктемедегі жоғалтулар) болып бөлінеді. Болат ысыраптары трансформаторлардың өткізгіштігінің жоғалуы. Олар қолданылатын кернеуге байланысты. Жүктеменің жоғалуы - трансформаторлардың кедергісіндегі жоғалтулар. Олар жүктеме тоғына байланысты.

Трансформаторлық болаттағы белсенді қуат жоғалтулары магниттелудің кері өзгеруінен және құйынды токтардан болатын жоғалтулар болып табылады. Олар оның паспорттық деректерінде келтірілген трансформатордың бос жүрістегі шығындарымен анықталады.

Болаттағы реактивті қуаттың жоғалуы трансформатордың бос жүріс тогымен анықталады, оның пайыздық мәні оның паспорттық деректерінде келтірілген:

Трансформатордың орамындағы қуат жоғалтуларын екі жолмен анықтауға болады:

· эквивалентті тізбектің параметрлері бойынша;

· трансформатордың паспорттық деректері бойынша.

Эквивалентті тізбектің параметрлері бойынша қуат жоғалтулары электр желілеріндегідей формулалар арқылы анықталады:

,

Қайда С– жүктеме қуаты;

У– трансформатордың екінші жағындағы сызықтық кернеу.

Үш орамды трансформатор немесе автотрансформатор үшін мыс шығындары әрбір орамның қуат жоғалтуларының қосындысы ретінде анықталады.

Екі орамды трансформатордың паспорттық деректерінен қуат жоғалтуларын анықтауға арналған өрнектерді алайық.

Рейтингтік деректерде келтірілген қысқа тұйықталу шығындары трансформатордың номиналды токында анықталады

(7.1)

Кез келген басқа жүктеме үшін трансформатордың мыс шығындары тең

(7.2)

(7.1) өрнегін (7.2) бөлсек, аламыз

Оны қайдан таба аламыз https://pandia.ru/text/78/372/images/image021_30.gif" width="149" height="52">

Трансформатордың реактивтілігін анықтауға арналған өрнекті есептеу өрнекіне ауыстырсақ, мынаны аламыз:

Осылайша, екі орамды трансформатордағы жалпы қуаттың жоғалуы мынаған тең:

Жалпы жүктемесі бар қосалқы станцияда болса Спараллель жұмыс істейді nбірдей трансформаторлар, онда олардың эквиваленттік кедергілері болады nесе аз және өткізгіштік nесе көп. Содан кейін,

Үшін nПараллель жұмыс істейтін бірдей үш орамды трансформаторлар (автотрансформаторлар) үшін қуат жоғалтулары мына формулалар арқылы есептеледі:

Қайда С V, С-мен, С n – сәйкесінше трансформатордың жоғары, орташа және төмен кернеуінің орамдары арқылы өтетін қуаттар.

Тұтынушылардың қысқартылған және есептелген жүктемелері

Желілік секцияның есептелген эквивалентті тізбегі, егер электр желілері мен трансформаторлардың толық эквивалентті тізбегін ескерсек, өте күрделі конфигурация болып табылады. Номиналды кернеулері 220 кВ қоса алғанда желілердің жобалық диаграммаларын жеңілдету үшін «төмендетілген», «есептелген» жүктемелер түсінігі енгізілген.

Жоғары кернеу жағына азайтылған тұтынушы қосалқы станциясының жүктемесі төменгі және орташа кернеулі шиналардағы көрсетілген жүктеме қуаттарының және трансформаторлардың кедергілері мен өткізгіштіктеріндегі қуат жоғалтуларының қосындысы болып табылады. Жоғары кернеу жағына төмендетілген ES жүктемесі жергілікті аймақтың жүктемесін және трансформаторлардың кедергілері мен өткізгіштіктеріндегі қуат шығындарын шегергендегі генераторлардың қуаттарының қосындысы болып табылады.

Қосалқы станцияның немесе ЭС-тің есептік жүктемесі төмендетілген жүктеменің алгебралық қосындысы және қосалқы станцияның немесе ЭС-тің жоғары кернеулі шиналарына қосылған электр желісінің зарядтау қуатының жартысы ретінде анықталады.

Зарядтау қуаттары нақты кернеуге емес, номиналдыға негізделген режимді есептеу алдында анықталады, бұл есептеуге толығымен рұқсат етілген қатені енгізеді.

«Қысқартылған» және «жобалық» жүктемелер ұғымдарын пайдалану кезінде жобалау схемасын жеңілдету мүмкіндігі суретте көрсетілген. 7.3:

Электр энергиясының шығынын есептеу

Электр энергиясын беру кезінде оның бір бөлігі жылытуға, электромагниттік өрістерді құруға және басқа әсерлерге жұмсалады. Бұл шығын әдетте шығын деп аталады. Электр энергетикасында «шығындар» термині белгілі бір мағынаға ие. Егер басқа салаларда ысыраптар ақаулы өніммен байланысты болса, онда электр энергиясының ысыраптары оны тасымалдаудың технологиялық шығыны болып табылады.

Электр энергиясын жоғалту мөлшері қарастырылып отырған уақыт кезеңінде жүктеменің өзгеру сипатына байланысты. Мысалы, тұрақты жүктемемен жұмыс істейтін электр желісінде электр энергиясы уақыт өте келе жоғалады ткелесідей есептеледі:

мұнда https://pandia.ru/text/78/372/images/image035_17.gif" align="left" width="289" height="222 src=">Тұтынушының жүктемесі бір жылда өзгерді делік. келесі кестені (7.4-суретті қараңыз) Содан кейін,

Интеграл шын мәнінде ток квадратының графигімен шектелген аудан болып табылады. Осылайша, белсенді электр энергиясының жоғалуы квадраттық жылдық жүктеме қисығының ауданына пропорционал.

Электр қабылдағыштың шиналарындағы кернеу аздап өзгеретіндіктен, оның мәнін өзгеріссіз деп санауға болады. Δ қадамы бар тіктөртбұрыштардың аудандарының қосындысымен интегралды ауыстыру ти, Біз алып жатырмыз:

Берілген жүктеме кестесі үшін трансформаторлардағы электр энергиясының жоғалуы оның паспорттық деректерін пайдалана отырып, формулалар арқылы есептеледі:

· екі орамға арналған

· үш орамды трансформаторлар үшін (автотрансформаторлар)

https://pandia.ru/text/78/372/images/image041_16.gif" ені="412" биіктігі="52">,

мұнда https://pandia.ru/text/78/372/images/image043_12.gif" width="148" height="48">

Әдеттегі жүктеме диаграммалары үшін мән tmбелгілі шамамен анықталады Тм:

(7.3)

Осы әдіске сәйкес желі элементтеріндегі электр энергиясының шығындары мына формулалар арқылы есептеледі:

· электр желілерінде

· екі орамды трансформаторларда

https://pandia.ru/text/78/372/images/image047_11.gif" ені="604" биіктігі="52">

Магнитудасы tm in мәніне негізделген формула (7.3) арқылы есептеледі Тммәні орташа өлшенген ретінде анықталады:

Мән дәл осылай анықталады tmбірнеше тұтынушыларды қамтамасыз ететін электр желілеріне арналған.

Электр қуатын жоғалтуды азайту шаралары

Қуат пен электр энергиясының жоғалуы айтарлықтай мәндерге жетеді және желілердің тиімділігіне әсер ететін негізгі фактілердің бірі болып табылады. Олардың мәні кернеуі 35 кВ-қа дейінгі желілерде және кернеуі 35 кВ және одан жоғары желілерде Ұлттық электр энергетикасын реттеу комитетінің (ҰЭҚК) қаулыларымен реттеледі.

Электр энергиясының ысыраптарының көпшілігі (60–70%) кернеуі 6–10 кВ желілерде болады. Сондықтан төменде көрсетілген шаралар осы кернеулердің желілеріне және электр қабылдағыштарына қолданылады:

· қосымша жоғары деңгейкернеу (6 кВ орнына 10 кВ);

· кернеуді реттеу құрылғыларын қолдану арқылы желідегі кернеу деңгейін арттыру;

· жеке желілік буындардағы белсенді және реактивті қуат ағындарын реттеу;

· электр желілері мен трансформаторларды неғұрлым үнемді жүктеуге мүмкіндік беретін тұтынушыларды электрмен жабдықтаудың ұтымды схемаларын қолдану;

· кәсіпорындарды энергиямен басқаруды ұтымды ету – жетілдіру cosφ, электр қозғалтқыштарының қуатын және жүктелуін дұрыс таңдау.