Источник электрической энергии. Источники электрической энергии: виды, особенности и перспективы развития

Какие бывают источники электрической энергии. Как работают традиционные и альтернативные источники электричества. Каковы преимущества и недостатки разных типов электрогенерации. Каковы перспективы развития источников электроэнергии в будущем.

Основные виды источников электрической энергии

Источники электрической энергии можно разделить на две большие группы:

• Традиционные (невозобновляемые) источники
• Альтернативные (возобновляемые) источники

К традиционным источникам относятся:

• Тепловые электростанции (ТЭС), работающие на угле, газе, мазуте
• Атомные электростанции (АЭС)
• Гидроэлектростанции (ГЭС)

Альтернативные источники включают:

• Солнечные электростанции
• Ветряные электростанции
• Геотермальные станции
• Приливные электростанции
• Биогазовые установки

Принципы работы основных источников электроэнергии

Тепловые электростанции

Тепловые электростанции вырабатывают около 65% всей электроэнергии в мире. Как работает ТЭС?

1. Сжигание топлива (уголь, газ, мазут) в котле
2. Нагрев воды и получение пара высокого давления
3. Вращение паровой турбины под действием пара
4. Выработка электричества в генераторе, соединенном с турбиной

Основные преимущества ТЭС — доступность топлива и стабильность работы. Недостатки — загрязнение окружающей среды и ограниченность ресурсов.

Атомные электростанции

АЭС производят около 10% мировой электроэнергии. Принцип работы:

1. Ядерная реакция деления в реакторе
2. Выделение тепла и нагрев воды до состояния пара
3. Вращение турбины паром
4. Выработка электричества в генераторе

Преимущества АЭС — отсутствие выбросов СО2, высокая мощность. Недостатки — опасность аварий, проблема хранения отходов.

Возобновляемые источники энергии: особенности и перспективы

Доля возобновляемых источников в мировой энергетике постоянно растет. Каковы их особенности?

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции преобразуют энергию солнечного излучения в электричество с помощью фотоэлементов. Их преимущества:

• Неисчерпаемость ресурса
• Экологическая чистота
• Простота обслуживания

Недостатки — зависимость от погоды и времени суток, высокая стоимость оборудования.

Ветроэнергетика

Ветряные электростанции преобразуют кинетическую энергию ветра во вращение турбины генератора. Их особенности:

• Возобновляемость ресурса
• Отсутствие вредных выбросов
• Компактность установок

Минусы — непостоянство ветра, шумовое загрязнение, угроза для птиц.

Сравнение эффективности различных источников электроэнергии

Для оценки эффективности источников электроэнергии используют несколько ключевых параметров:

• КПД (коэффициент полезного действия)
• КИУМ (коэффициент использования установленной мощности)
• Себестоимость производства 1 кВт⋅ч
• Экологичность

Сравним основные виды электростанций по этим параметрам:

Тип электростанции	КПД, %	КИУМ, %	Себестоимость, $/кВт⋅ч
ТЭС (угольные)	30-40	50-70	0.04-0.1
АЭС	30-35	80-90	0.02-0.05
ГЭС	80-90	40-50	0.02-0.05
Солнечные ЭС	15-25	10-25	0.1-0.3
Ветряные ЭС	25-35	20-40	0.05-0.15

Как видно из таблицы, традиционные источники пока лидируют по эффективности и стоимости. Но возобновляемые источники активно развиваются и становятся все более конкурентоспособными.

Перспективные направления развития источников электроэнергии

Какие технологии могут изменить энергетику будущего?

Термоядерный синтез

Управляемый термоядерный синтез может стать практически неисчерпаемым источником энергии. Ведущие страны вкладывают миллиарды долларов в проекты по созданию термоядерных реакторов.

Водородная энергетика

Водород рассматривается как экологически чистое топливо будущего. Ведутся разработки эффективных методов получения, хранения и транспортировки водорода.

Космические солнечные электростанции

Размещение солнечных панелей на орбите позволит получать энергию круглосуточно вне зависимости от погоды. Уже есть проекты по созданию орбитальных солнечных ферм.

Проблемы и вызовы современной электроэнергетики

Перед мировой энергетикой стоит ряд серьезных вызовов:

• Необходимость снижения выбросов парниковых газов
• Истощение запасов ископаемого топлива
• Обеспечение энергобезопасности стран
• Повышение энергоэффективности
• Развитие технологий хранения энергии

Решение этих проблем потребует комплексного подхода и международного сотрудничества. Ключевую роль будет играть развитие возобновляемых источников энергии и повышение эффективности традиционной генерации.

Заключение: будущее источников электроэнергии

Подводя итоги, можно выделить основные тенденции развития источников электроэнергии:

• Постепенный отказ от угольных ТЭС в пользу более чистых источников
• Рост доли возобновляемых источников энергии
• Повышение эффективности и безопасности атомной энергетики
• Развитие распределенной генерации и умных сетей
• Внедрение новых технологий хранения энергии

Будущее энергетики за экологически чистыми, безопасными и эффективными источниками электроэнергии. Уже сегодня мы наблюдаем активный переход к возобновляемым источникам во многих странах. Этот процесс будет продолжаться, открывая новые возможности для развития энергетики и экономики в целом.

Источники электрической энергии

Категория:

   Автомобили и трактора

Публикация:

   Источники электрической энергии

Читать далее:

   Сцепление автомобиля

Источники электрической энергии

На автомобилях и тракторах электрическая энергия используется для зажигания рабочей смеси в цилиндрах, вращения коленчатого вала при пуске двигателя, внутреннего и наружного освещения, звуковой и световой сигнализации, питания контрольно-измери-тельных приборов и аппаратуры, предпускового разогрева двигателя при низких температурах и других целей.

Для питания всех потребителей электрического тока служат генератор и аккумуляторная батарея. Основным источником электрической энергии является генератор переменного тока; аккумуляторная батарея питает потребителей только при неработающем двигателе, во время его пуска и при работе с низкой частотой вращения коленчатого вала.

У большинства автомобилей и тракторов источники тока и приборы электрооборудования рассчитаны на напряжение или 24 В.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

—

Аккумуляторная батарея на автомобиле служит для пуска двигателя стартером и питания током приборов электрооборудования при неработающем двигателе. Она состоит из отдельных аккумуляторов (элементов),- соединенных между собой последовательно перемычками. Бак батареи изготовляют из эбонита или кислотоупорной пластмассы со вставками эбонита и разделяют перегородками на отделения, в каждом из которых помещают один аккумулятор.

Аккумулятор состоит из положительных и отрицательных пластин, изолированных друг от друга сепараторами, изготовленными из мипора или мипласта. Сверху аккумулятор закрывают крышкой, в которой имеется отверстие для заливки электролита, закрываемое резьбовой пробкой с вентиляционным отверстием.

Основным показателем, характеризующим аккумулятор, является его емкость.

Емкостью аккумулятора называется то количество электричества, которое может дать полностью заряженный аккумулятор при двадцатичасовом режиме разряда до напряжения 1,7 В. Емкость аккумулятора выражается ампер-часами (А • ч) и зависит от количества и размера параллельно соединенных пластин, а также от температуры электролита. Емкость аккумуляторной батареи, состоящей из нескольких аккумуляторов, соединенных последовательно, равна емкости одного аккумулятора.

Аккумуляторные батареи имеют условное обозначение (маркировку), которое наносится на баке, крышке или перемычке, например 6-СТ90 ЭМС. В маркировке первая цифра обозначает число аккумуляторов в батарее, буквы СТ — назначение батареи (стартер-ная), число после букв—номинальную емкость батареи в ампер-часах, последние буквы обозначают материал бака (Э — эбонит, Т — полиэтилен, П — пластмасса) и материал сепараторов (Р — ми-пор, С — стекловолокно, М — мипласт).

Генератор служит для питания потребителей и заряда аккумуляторной батареи при работающем двигателе. На всех изучаемых автомобилях устанавливаются трехфазные генераторы переменного тока с встроенным выпрямительным блоком.

Основными элементами генератора являются статор и ротор. Статор изготовляют в виде кольца (сердечника) из отдельных стальных пластин; на его внутренней поверхности имеется 18 зубцов, на которые надеты катушки обмотки, распределенные на три фазы.

Ротор представляет собой вал, на котором имеется обмотка возбуждения и шесть пар полюсов. На валу ротора, кроме того, установлены два контактных кольца, через которые в обмотку возбуждения подается электрический ток. По контактным кольцам скользят щетки. Ротор вращается в шариковых подшипниках, установленных в крышках статора. Внутри задней крышки генератора помещен выпрямительный блок.

Работа генератора осуществляется следующим образом. При включении зажигания ток от аккумуляторной батареи поступает в обмотку возбуждения и вокруг нее образуется электромагнитное поле. При вращении ротора его магнитный поток пересекает витки обмоток статора и в них индуктируется переменный ток, который затем выпрямляется и поступает во внешнюю цепь, а также в обмотку возбуждения генератора. Напряжение генератора с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя возрастает и может достигнуть недопустимого значения. Для поддержания в цепи электрооборудования постоянного значения напряжения на автомобилях устанавливается контактно-транзисторный (ГАЗ-24, ГАЭ-53А) или бесконтактно-транзисторный (ЗИЛ-130, КамАЗ) реле-регулятор.

Принцип работы реле-регулятора состоит в следующем. При увеличении частоты вращения ротора напряжение генератора повышается и может превысить 13,5—14,7 В. Для ограничения его в цепь обмотки возбуждения ротора с помощью реле-регулятора включается дополнительное сопротивление (резистор) или прекращается поступление тока совсем (в зависимости от типа реле-регулятора). При этом напряжение генератора падает, регулятор снова пропускает ток в обмотку возбуждения или выключает резистор, и процесс повторяется.

Таким образом, напряжение на выходе генератора остается практически постоянным в пределах 13,5— 14,7 В.

Рис. 1. Генератор переменного тока:
1 — сердечник статора, 2 — обмотка статора, 3 — выпрямительный блок, 4 — контактные кольца обмотки возбуждения, 5 и 13 — шариковые подшипники, 6 — щетки, 7 — пружины щеток, 8 — выводные зажимы, 9 — полюсы ротора, 10 — обмотка возбуждения ротора, 11 — стальная втулка, 12 — вал ротора, 14 — шкив, 15 — крыльчатка, 16 — крышки

Как соединить несколько источников электрической энергии

Электрическая энергия, вырабатываемая источниками электрической энергии — самый распространенный вид энергии в наше время. Процессы, связанные с данным видом электрической энергии, включают в себя под процессы, такие как — выработка (генерация), передача и потребление. Из этого можно выделить три группы устройств, которые принимают участие в этом процессе — источники электрической энергии, передаточные устройства и потребители.

Давайте подробно рассмотрим первую группы.

Источники электрической энергии.

Из самого названия можно догадаться, какую роль играют в электроэнергетике эти устройства, но все же я объясню.
Источник электрической энергии — устройство, механизм от которого потребители получают электрическую энергию по средству передаточных устройств. Не имеет значения какого рода тока является этот источник, а также электрическая энергия является генерируемой или запасенной.
Источниками электрической энергии могут быть: все виды и типы генераторов, вторичные обмотки трансформаторов и автотрансформаторов, различные гальванические элементы, аккумуляторные батареи, солнечные батареи, различные пьезо элементы и даже грозовой разряд (молния) является источником электрической энергии. 

Как видите существует множество видов источников электрической энергии, что способствует широкому распространению электрической энергии.

Соединение источников электрической энергии.

В электроэнергетике встречаются такие случаи, когда источников электрической энергии несколько, которые включены и питают одну электрическую цепь.
В зависимости от способа соединения источников, электрическая энергия ведет себя по-разному. Перед тем как углубляться в подробности следует сказать, что источники электрической энергии соединяют двумя способами — последовательно и параллельно.

Эти виды соединений я уже рассматривал при соединении конденсаторов и резисторов.

Давайте рассмотрим эти способы соединения на примере.
В качестве источника электрической энергии возьмем три обычных батарейки напряжением в 1.5 вольт каждая. Также нам понадобится вольтметр и соединительные провода.

последовательное соединение источников электрической энергии

Соединив батарейка последовательно, как показано на схеме, можно будит увидеть, что вольтметр покажет напряжение гораздо большее чем у одной батарейки, а именно 4. 5 вольт. Так при последовательном соединении источников электрической энергии, напряжение всех источников, входящих в цепь складывается. Стоит отметить, что суммарная емкость и мощность батареек равняется показателям одной батарейки.

параллельное соединение источников электрической энергии

Если же соединять эти же батарейки параллельно, как на схеме выше, мы увидим, что напряжение цепи с тремя параллельно соединенными батарейками равняется напряжению одной батарейки. Но мощность и емкость этой цепи источников увеличилось в несколько раз, а именно в количество соединенных источников, в данном случаи в три раза, при условии, что мощность и ёмкости батареек одинаковы.

В электроэнергетике кроме батареек последовательно или параллельно могут соединять все источники электроэнергии. Но для каждого вида источника существуют определенные условия, такие как: напряжение всех соединяемых источников должно быть одинаково, как и мощность, во избежание возникновения уравнительных токов, для соединения трансформаторов необходимо также, чтобы коэффициенты трансформации были также равны.

 

Цели соединения источников электрической энергии.

Стоит отметить, что последовательное соединение источников электроэнергии нашло широкое применение лишь для источников постоянного тока, а именно гальванические элементов.
В современной электроэнергетике широко распространено параллельное соединение источников электрической энергии. Это объясняется тем, что в современной системе электроснабжения отпадает необходимость в увеличении напряжения таким способом, эту функцию отлично выполняют повышающие трансформаторы. Тем более, что при последовательном соединении, при выходе из строя одного из источников, вся цепь обрывается и потребители обесточиваются.
А вот параллельное соединение может похвастаться своими плюсами. Оно позволяет повысить мощность всей сети. Является очень удобным, так как при выходе из строя или необходимости в ремонте одного из источников электрической энергии нет необходимость лишать потребителей электрической энергии.

Параллельное соединение источников электрической энергии на столько удобно, что во времена советского союза, да и сейчас, но не так масштабно соединяли все электрические станции в одну энергосистему, что повышало качество снабжения электрической энергией, так как не было дефицита мощности, а также позволяли выводить целые станции и подстанции в ремонт без перебоев в электроснабжении и конечно же все они соединялись параллельно.

Наши источники энергии, электричество — Национальные академии

Электричество

Электричество нельзя добывать из земли, как уголь . Поэтому его называют вторичным источником энергии, что означает, что он получен из первичных источников, включая уголь, природный газ, реакции ядерного деления, солнечный свет, ветер и гидроэнергетику. Наиболее прямое использование первичной энергии ограничивается производством тепла и движения. Электричество, напротив, чрезвычайно универсально, с широким спектром сложных применений. Электричество играет настолько важную роль в современной американской жизни, что его спрос и предложение часто исследуются отдельно от первичных источников, используемых для его производства.

Управление энергетической информации США (EIA) прогнозирует увеличение производства электроэнергии в США на 11% в период с 2015 по 2040 год, или около 0,4% в год. На практике это означает соответствующее увеличение спроса на уголь и газ, по крайней мере, в ближайшем будущем. Электростанции в настоящее время потребляют почти две пятых энергии США из всех источников, включая около 91% американского угля и 35% природного газа, а также биомассу и свалочный газ. При сжигании этих видов топлива образуется большое количество парниковых газов (ПГ) и других загрязняющих веществ.

Производство электроэнергии с использованием возобновляемых источников является сложной задачей, но некоторый прогресс уже достигнут. Согласно прогнозам EIA, доля общей энергии, используемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, к 2040 году достигнет 28 %. Однако интеграция энергии из многих из этих возобновляемых источников, вероятно, потребует расширения и улучшения. системы электропередачи, например, добавление дополнительных линий электропередач.

Согласно прогнозам, к 2040 году доля общего объема энергии, используемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, вырастет примерно до 28 %9.0015

Постоянные усилия и ускоренное развертывание новых технологий и эффективных возобновляемых источников могут обеспечить больший процент потребностей США в электроэнергии. Конечный результат будет зависеть от выбора потребителей, политики правительства США и рыночных цен на существующие и альтернативные источники энергии.

Ядерная энергетика не производит парниковых газов в процессе производства электроэнергии и в настоящее время производит 20% электроэнергии в Америке. Однако EIA прогнозирует, что общее производство электроэнергии на атомной энергетике останется неизменным в течение следующих 25 лет. Усилия по увеличению мощности сталкиваются с тремя большими, хотя и не непреодолимыми, препятствиями: высокими капитальными затратами, связанными со строительством новых атомных электростанций; сопротивление со стороны групп граждан, выступающих против ядерной энергетики и хранения радиоактивных материалов; и вопросы международной безопасности. (Как подготовка топлива для ядерных реакторов, так и утилизация топлива для ядерных реакторов после его использования создают возможности для производства материалов, которые можно использовать в ядерном оружии и которые, как правило, недоступны другими способами.)

Доставка электроэнергии потребителям может быть такой же сложной задачей, как и ее создание. Генерирующие станции обычно строятся вдали от центров нагрузки, потому что их легче найти и меньше людей беспокоит наличие инфраструктуры. Электроэнергия поставляется сложной высоковольтной системой передачи и распределения («сетью»), состоящей из более чем 19 000 электрогенераторов с более чем 1 миллионом мегаватт генерирующей мощности, подключенных к более чем 450 000 миль линий электропередачи. Он развивался шаг за шагом на протяжении десятилетий, в последние годы подвергался все большему стрессу, и растет беспокойство по поводу его уязвимости. Большинству американцев известно, что массовые отключения электроэнергии вызывают широкомасштабные сбои: например, в августе 2003 г. в результате одного события было отключено электричество примерно для 50 миллионов потребителей от Огайо до Нью-Йорка и Канады, что, по оценкам, привело к потерям в размере около 6 миллиардов долларов. Но немногие из нас знают, что даже в относительно спокойные периоды перебои в подаче электроэнергии обходятся американцам не менее чем в 150 миллиардов долларов в год — около 500 долларов на каждого мужчину, женщину и ребенка — по данным Министерства энергетики США (DOE).

Модернизация сети США до уровня «умной сети», то есть системы, в которой компоненты системы доставки контролируются и координируются с помощью компьютеризированного удаленного сбора данных и автоматизированных операций, представляет собой значительные инвестиции, но принесет многочисленные преимущества. Новые технологии и оборудование повысят надежность, что приведет к меньшему количеству отказов системы и более быстрому восстановлению подачи электроэнергии в случае отключения электроэнергии. Модернизированная сеть может способствовать увеличению зависимости от возобновляемых и прерывистых ресурсов при условии разработки жизнеспособных методов хранения. А современная сеть позволила бы создать оптовые рынки энергии, лучшие цены для потребителей и более распределенную систему производства электроэнергии.

Связанные темы

• Хранение электроэнергии
• Умная сеть

Исходный материал

• Обзор и краткое изложение книги «Энергетическое будущее Америки: технологии и трансформация» (2010 г.)
• Терроризм и система доставки электроэнергии (2012)
• Устойчивость системы подачи электроэнергии в ответ на терроризм и стихийные бедствия — резюме семинара (2013 г. )
• Преодоление барьеров на пути внедрения подключаемых электромобилей (2015 г.)
• Переход на альтернативные транспортные средства и топливо (2013 г.)
• Скрытые затраты на энергию: неоцененные последствия производства и использования энергии (2010 г.)

Посмотреть полную исходную библиотеку

Источники электроэнергии — Ausgrid

Электроэнергия производится из множества различных источников энергии. Некоторые из этих источников энергии являются возобновляемыми, а другие невозобновляемыми.

Электростанции

Большая часть электроэнергии, используемой в Австралии, производится на электростанциях, которые сжигают ископаемое топливо для производства пара. Основным видом используемого топлива является уголь, поскольку он позволяет производить большое количество электроэнергии в одном месте.

Уголь в настоящее время обеспечивает более 70 процентов электроэнергии Австралии. Электроэнергия вырабатывается на угольных электростанциях. Уголь является невозобновляемым источником, а это означает, что он рано или поздно закончится. Важно сохранить наши угольные ресурсы и искать более экологически безопасные способы производства электроэнергии.

Возобновляемая энергия

Существуют и другие способы производства электроэнергии с использованием природных ресурсов, которые можно заменить или возобновить, не нанося вреда окружающей среде и не способствуя парниковому эффекту.

В настоящее время 89 % электроэнергии в Австралии вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива, 74 % — угля и 15 % — природного газа. Возобновляемые источники энергии используются для производства 11 процентов электроэнергии. Из этих возобновляемых источников энергии гидроэнергетика вносит наибольший вклад, обеспечивая около 6 процентов от общего объема электроэнергии. Остальные 5% приходятся на сочетание источников, включая ветер, биоэнергию и солнечную энергию на крыше.

Ознакомьтесь с текущим сочетанием источников энергии, преобразуемых в электричество, здесь на веб-сайте Origin Energy.

Конечно, большинство людей хотели бы видеть более экологически чистую смесь источников энергии, преобразуемых в электрическую энергию, но в настоящее время источники ископаемого топлива являются основой производства электроэнергии в Австралии. Ассортимент источников энергии для преобразования в электрическую энергию меняется.

 

	аааа	Гидро Электроэнергия создается из воды, хранящейся в огромных плотинах. Энергия, создаваемая водой, сбрасываемой этими плотинами, преобразуется в электричество гидроэлектрическими турбинами и генераторами. Самый известный источник гидроэлектроэнергии находится в Снежных горах, Новый Южный Уэльс. Это дешевле, чем добыча ископаемого топлива, и не способствует парниковому эффекту.
		Вс Вырабатывая электроэнергию с помощью солнца, мы предотвращаем выброс в атмосферу около 500 тонн парниковых газов каждый год!
		Ветер Движущийся воздух, который создается, когда солнце нагревает воздух, а вместо него поступает более холодный воздух. Это вызывает ветер. На протяжении веков люди научились использовать энергию ветра. Как и солнце, его также можно использовать для создания электричества. Энергия ветра вырабатывает менее 1% электроэнергии в Австралии, но с каждым годом строится все больше ветряных электростанций.
		Биомасса Энергия, поступающая со свалок или свалок. Она включает в себя энергию как животного, так и растительного происхождения. Свалочный газ образуется, когда отходы, которые вы выбрасываете, начинают гнить (или разлагаться) в земле. Обычно этот газ просто просачивается сквозь землю в атмосферу, вызывая экологические проблемы, такие как парниковый эффект. Однако его можно захватить и обработать для получения электричества. Его собирают, сушат (чтобы избавиться от воды), а затем фильтруют (чтобы избавиться от частиц отходов). Затем он подается по трубам в газогенератор, который сжигает газ для выработки электроэнергии.
		Геотермальная Энергия тепла земли. В некоторых странах он использовался на протяжении тысячелетий для горячего водоснабжения, приготовления пищи и отопления. Он также может генерировать электричество, используя пар, полученный из тепла, находящегося под поверхностью земли. Это еще не распространено в Австралии, хотя экспериментальное и пилотное производство геотермальной энергии исследуется в отдаленных районах Южной Австралии, но используется в некоторых частях Новой Зеландии и по всей Европе.

Возможно, у вас есть мнение о том, как в Австралии должно производиться электричество. Аргументы часто бывают сложными относительно того, откуда должен поступать источник энергии для производства электроэнергии. В общем ясно одно.

Электричество стало неотъемлемой частью нашего образа жизни. Уберите его, и большинство вещей, к которым мы привыкли, кардинально изменятся. Эти изменения не будут восприняты как позитивные большинством людей. Ученые из многих областей науки, включая химию, геологию, физику и биологию, работают над поддержкой технологии производства электроэнергии с использованием как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов.

Ведущие аргументы в пользу более возобновляемых источников энергии включают:

• Необходимость сохранения энергоресурсов для будущего
• Угроза увеличения количества парниковых газов, вызванного изменением климата.

Противоположные аргументы в пользу использования невозобновляемых ресурсов включают:

• Уже существует хорошо разработанная технология для использования этих ресурсов
• Невозможность альтернатив для обеспечения мощности базовой нагрузки для бытового и промышленного использования
• Стоимость производства электроэнергии из невозобновляемых ресурсов относительно низка.