Передача электроэнергии на расстоянии: Передача электрической энергии на расстояние — урок. Физика, 8 класс.

Передача электроэнергии на расстояние, способы получения и распределение кратко для доклада по физике (8 класс)

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 89.

Обновлено 26 Мая, 2023

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 89.

Обновлено 26 Мая, 2023

Наиболее удобным видом энергетических ресурсов в настоящее время стало электричество. Его особенность состоит в том, что после выработки оно должно быть немедленно доставлено потребителю и сразу использовано. Поэтому важным вопросом современной энергетики является вопрос о передаче электроэнергии на расстояние. Рассмотрим кратко эту тему в объёме, достаточном для школьного доклада.

Выработка и передача электроэнергии

Из курса физики в 8 классе известно, что электричество — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике, при котором заряды совершают полезную работу. Выработка электроэнергии состоит в том, что с помощью сторонних сил (как правило, механической природы) в проводниках создаётся электрическое поле. 2}Rt$$

где:

• $Q$ — тепло, теряющееся в линии;
• $I$ — ток в линии;
• $R$ — активное сопротивление линии;
• $P$ — мощность нагрузки;
• $U$ — напряжение в линии;
• $t$ — время.

Из этой формулы можно видеть пути для снижения потерь.

Во-первых, можно уменьшать сопротивление линии электропередачи. Однако возможностей в этом направлении немного. Увеличение сечения проводников или уменьшение их удельного сопротивления приводит к неоправданному удорожанию всей линии. Кроме того, проводники большого сечения сложно прокладывать.

Более выгодный способ уменьшения потерь — увеличение напряжения.

После непосредственного получения электроэнергия поступает на повышающий трансформатор, увеличивающий напряжение в линии. В таком виде электроэнергия передаётся на большие расстояния.

С повышением напряжения растут требования к качеству изоляции проводников, кроме того, играют роль и вопросы безопасности. Поэтому после доставки электроэнергии потребителям, она снова преобразуется в более низковольтную форму с помощью понижающего трансформатора.

Значение напряжений в различных точках системы передачи является компромиссом между противоречивыми условиями работы. Непосредственная выработка электроэнергии происходит на напряжениях порядка 10–20 кВ. Для передачи напряжение повышается до сотен киловольт, на таком напряжении происходит передача в промышленные центры. Там вновь происходит уменьшение напряжения: крупным группам потребителей поступает напряжение 35 кВ, большинству предприятий доставляется 6–12кВ, непосредственно потребителям — 380/220 В.

Рис. 2. Передача электроэнергии.

Ещё одним методом снижения потерь электроэнергии является создание единой энергосистемы государства с целью сглаживания пиковых нагрузок. Дополнительно это даёт ещё и возможность бесперебойной поставки электричества, несмотря на плановые профилактические работы и аварии на отдельных участках.

Рис. 3. Единая энергетическая система

Что мы узнали?

Электричество производится и потребляется в разных местах, поэтому вопрос передачи и распределения электроэнергии без потерь — один из важнейших в электроэнергетике. Основным направлением снижения потерь является повышение напряжения в сети. Для передачи на большое расстояние напряжение увеличивается до сотен киловольт с помощью трансформаторов, а в точках потребления вновь снижается до рабочих значений.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 89.

---

А какая ваша оценка?

источники генерации энергии, передача ее на большие расстояния

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

• Источники получения энергии
• Движение электричества
• Передача на большие расстояния
  • Линии постоянного тока
  • Поставка переменного тока

Источники получения энергии

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

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

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

Движение электричества

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

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

Передача на большие расстояния

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

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

Передача осуществляется по следующей схеме:

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

Линии постоянного тока

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

К преимуществам передачи постоянного тока относится:

• небольшая себестоимость;
• малая величина потерь;

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

Поставка переменного тока

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

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

потерь при передаче: сколько электроэнергии теряется между электростанцией и вашей вилкой?

Потеряно при передаче

Джордан Вирфс-Брок |

6 ноября 2015 г.

Внутренняя энергия

Сколько энергии теряется по пути от электростанции к розетке в вашем доме? Этот вопрос задан Джимом Барлоу, архитектором из Вайоминга, в рамках нашего проекта IE Questions.

Чтобы найти ответ, нам нужно разобрать его шаг за шагом: сначала превратить сырье в электричество, затем передать это электричество в ваш район и, наконец, направить это электричество через стены вашего дома в вашу розетку.

Шаг 1: Создание электричества

Электростанции – угольные, газовые, нефтяные или атомные – работают по одному и тому же общему принципу. Энергоемкое вещество сжигается с выделением тепла, превращающего воду в пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество. Термодинамические пределы этого процесса («Черт возьми, эта растущая энтропия!») означают, что только две трети энергии, содержащейся в сырье, фактически попадают в сеть в виде электричества.

Потери энергии на электростанциях: Около 65%, или 22 квадриллиона БТЕ в США в 2013 г.

На этом графике показана тепловая эффективность различных типов электростанций. Все типы электростанций имеют примерно одинаковую эффективность, за исключением природного газа, эффективность которого в последние годы улучшилась с добавлением электростанций с комбинированным циклом. (Линия эффективности использования угля почти идентична ядерной энергии и выделена фиолетовым цветом).

Этап 2: Перемещение электроэнергии – передача и распределение

Большинство из нас не живут рядом с электростанцией. Так что нам как-то нужно провести электричество в наши дома. Это звучит как работа для линий электропередач.

Трансмиссия

Во-первых, электричество распространяется по высоковольтным линиям электропередач на большие расстояния, часто на многие мили по всей стране. Напряжение в этих линиях может составлять сотни тысяч вольт. Вы не хотите возиться с этими строками.

Почему такое большое напряжение? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вспомнить немного школьной физики, а именно закон Ома. Закон Ома описывает, как связаны количество энергии в электричестве и его характеристики – напряжение, ток и сопротивление. Это сводится к следующему: масштаб потерь зависит от квадрата тока в проводе. Этот квадратный коэффициент означает, что крошечный скачок тока может вызвать большой скачок потерь. Поддержание высокого напряжения позволяет нам поддерживать низкий ток и потери. (Для любителей истории: вот почему AC выиграл битву токов. Спасибо, Джордж Вестингауз.)

Jordan Wirfs-Brock / Inside Energy

Провисание линий электропередач фактически является ограничивающим фактором в их конструкции. Инженеры должны следить за тем, чтобы они не подходили слишком близко к деревьям и зданиям.

Когда электричество пропадает, куда оно уходит? Нагревать. Электроны, движущиеся вперед и назад, сталкиваются друг с другом, и эти столкновения нагревают линии электропередач и воздух вокруг них.

Вы действительно можете слышать эти потери: этот треск, когда вы стоите под опорой ЛЭП, означает потерю электричества. Вы также можете увидеть потери: заметили, как линии электропередач провисают посередине? Частично это гравитация. А остальное – электрические потери. Тепло, как и тепло от потерянного электричества, заставляет металлические линии электропередач расширяться. Когда они это делают, они провисают. В жаркие дни линии электропередачи более провисшие и негерметичные.

Распределение

Высоковольтные линии электропередач большие, высокие, дорогие и потенциально опасные, поэтому мы используем их только тогда, когда электричество должно передаваться на большие расстояния. На подстанциях рядом с вашим районом электричество передается на более мелкие линии электропередач с более низким напряжением — такие, как на деревянных столбах. Теперь мы говорим о десятках тысяч вольт. Затем трансформаторы (вещи в форме банки, сидящие на этих столбах) еще больше снижают напряжение, до 120 вольт, чтобы сделать вход в ваш дом безопасным.

Как правило, линии электропередач меньшего размера означают большие относительные потери. Таким образом, хотя по высоковольтным линиям электропередачи электричество может передаваться гораздо дальше — десятки или сотни миль — потери невелики, около двух процентов. И хотя ваше электричество может пройти несколько миль или меньше по низковольтным распределительным линиям, потери высоки, около четырех процентов.

Потери энергии при передаче и распределении: около 6% – 2% при передаче и 4% при распределении – или 69 трлн БТЕ в США в 2013 г.

Jordan Wirfs-Brock

На этом графике показан средний процент потерь электроэнергии при передаче и распределении по штатам с 1990 по 2013 год. За исключением Айдахо, все штаты с наименьшими потерями являются сельскими, а штаты с самые высокие потери – все густонаселенные.

Забавный факт: потери при передаче и распределении, как правило, ниже в сельских штатах, таких как Вайоминг и Северная Дакота. Почему? Менее густонаселенные штаты имеют больше высоковольтных линий электропередачи с низкими потерями и меньше низковольтных распределительных линий с высокими потерями. Изучите потери при передаче и распределении в вашем штате на нашем интерактивном графике.

Потери при передаче и распределении также различаются в зависимости от страны. В некоторых странах, таких как Индия, потери достигают 30 процентов. Часто это происходит из-за воров электроэнергии.

Шаг 3. Использование электричества в доме

Коммунальные предприятия тщательно измеряют потери от электростанции до вашего счетчика. Они должны, потому что каждый бит, который они теряют, съедает их прибыль. Но как только вы купили электроэнергию и она поступает в ваш дом, мы теряем счет потерь.

Ваш дом и провода в ваших стенах — это что-то вроде черного ящика, и подсчитать, сколько электричества теряется — электричества, за которое вы уже заплатили, — сложно. Если вы хотите узнать, сколько электричества теряется в вашем доме, вам нужно либо оценить его с помощью принципиальной схемы вашего дома, либо измерить его, установив счетчики на все ваши приборы. Вы энергетический болван, пытающийся это сделать? Дайте нам знать, мы будем рады услышать от вас!

Потеря энергии в проводке внутри ваших стен: мы не знаем! Это может быть ничтожно мало, а может быть еще несколько процентов.

Будущее потерь при передаче и распределении

Сетевые инженеры работают над такими технологиями, как сверхпроводящие материалы, которые могут существенно снизить потери при передаче и распределении электроэнергии до нуля. Но на данный момент стоимость этих технологий намного выше, чем деньги, потерянные коммунальными компаниями из-за существующих горячих и протекающих линий электропередач.

Более экономичное решение по сокращению потерь при передаче и распределении состоит в том, чтобы изменить то, как и когда мы используем энергию. Потери не постоянная величина. Они меняются каждое мгновение в зависимости от таких вещей, как погода и энергопотребление. Когда спрос высок, например, когда мы все используем наши кондиционеры в жаркие летние дни, потери выше. Когда спрос низкий, например, посреди ночи, потери меньше. Коммунальные предприятия экспериментируют со способами более равномерного распределения потребления электроэнергии, чтобы минимизировать потери.

Тот же принцип применим и к вашему дому, который, по сути, представляет собой вашу личную сетку. Вы можете уменьшить потери в своем доме, равномерно распределив потребление электроэнергии в течение дня, вместо того, чтобы включать все электроприборы одновременно.

Суммирование убытков

• Вырабатывая электроэнергию, мы потеряли 22 квадриллиона БТЕ на угле, природном газе, атомных и нефтяных электростанциях в 2013 году в США — это больше, чем энергия во всем бензине, который мы используем в данном году.
• Передавая электроэнергию от электростанций к домам и предприятиям по передающей и распределительной сети, мы потеряли 69 трлн БТЕ в 2013 году — примерно столько энергии тратят американцы на сушку одежды каждый год.

У вас есть идея для темы энергии, которая может быть интересна в классе? Отправьте его ниже.

Самые длинные в мире ЛЭП

1. ЛЭП Белу Монте-Рио-де-Жанейро, Бразилия

2. Линия электропередачи Рио-Мадейра

3. Линия электропередачи Белу-Монте-Эстрейто, Бразилия – 2092 км

4. Линия электропередачи Цзиньпин-Сунань, Китай

5. Линия электропередачи Сянцзяба-Шанхай, Китай

6. Линия электропередачи Инга-Колвези, Конго

7. Линия электропередачи Тальчер-Колар, Индия

1. Линия электропередачи Белу-Монте-Рио-де-Жанейро, Бразилия – 2 543 км 901 58

Линия электропередачи Белу-Монте-Рио-де-Жанейро длиной 2543 км в Бразилии представляет собой линию сверхвысокого напряжения постоянного тока (UHVDC) 800 кВ, которая передает электроэнергию от гидроэлектростанции Белу-Монте мощностью 11,2 ГВт, расположенной в Пара, в Рио-де-Жанейро. Бразилия.

Строительство линии электропередачи, также известной как линия Belo Monte UHVDC Bipole II, было начато в сентябре 2017 г. и завершено в апреле 2019 г. Воздушная линия электропередачи с опорами высотой 105 м и выше проходит через 80 городов маршрут от Амазонки до юго-восточного побережья Бразилии. Линия имеет две преобразовательные подстанции и способна передавать 4 ГВт электроэнергии.

Линия электропередачи Белу-Монте-Рио-де-Жанейро была построена Государственной сетевой корпорацией Китая (SGCC) в рамках китайской инициативы «Один пояс, один путь» (ОПОП). Это вторая линия сверхвысокого напряжения постоянного тока 800 кВ, построенная и эксплуатируемая SGCC в Бразилии, после линии Белу-Монте UHVDC Bipole I, строительство которой было завершено в конце 2017 года. Линия электропередачи Рио-Мадейра в Бразилии представляет собой биполярную линию высокого напряжения постоянного тока (HVDC) напряжением 600 кВ, введенную в эксплуатацию в ноябре 2013 года. Она способна передавать мощность 7,1 ГВт.

Линия высокого напряжения постоянного тока в Рио-Мадейре передает электроэнергию от гидроэлектростанций Санто-Антониу и Жирау на берегу реки Мадейра на северо-западе Бразилии к основным центрам нагрузки на юго-востоке Бразилии. Он соединяет коллекторную подстанцию ​​Порту-Велью в штате Рондония с подстанцией Араракуара-2 в штате Сан-Паулу.

Линия электропередачи постоянного тока высокого напряжения была построена за 24 месяца компанией Interligação Elétrica do Madeira (IE Madeira), консорциумом, состоящим из трех крупных бразильских поставщиков электроэнергии. Компания АББ поставила силовое оборудование для трех станций постоянного тока высокого напряжения. Компания Alstom поставила для проекта две двухполюсные преобразовательные станции постоянного тока высокого напряжения и четыре силовых трансформатора постоянного тока высокого напряжения.

3. Линия электропередачи Белу-Монте-Эстрейто, Бразилия – 2 092 км

Линия электропередачи Белу-Монте-Эстрейто, также известная как линия Белу-Монте UHVDC Bipole I, является первой линией электропередачи UHVDC 800 кВ постоянного тока, которая будет построена для доставки электроэнергии из гидроэлектростанции Белу-Монте на севере Бразилии до юго-востока Бразилии.

Введенная в эксплуатацию в декабре 2017 года линия сверхвысокого напряжения постоянного тока протяженностью 2092 км начинается от Шингу в Пара и заканчивается в Эстрейто в штате Минас-Жерайс. Линия Belo Monte UHVDC Bipole I способна передавать 4 ГВт электроэнергии.

Линия электропередачи UHVDC Бело Монте-Эстрейто принадлежит и управляется Belo Monte Transmissora de Energia (BMTE), компанией специального назначения, включающей Китайскую государственную электросетевую корпорацию (51 %), Fumas (24,5 %) и Eletronorte (24,5 %). ). Fumas и Eletronorte являются дочерними предприятиями бразильской государственной компании Eletrobras.

4. Линия электропередачи Цзиньпин-Сунань, Китай – 2 090 км

Линия электропередачи Цзиньпин-Сунань в Китае представляет собой линию электропередачи сверхвысокого напряжения постоянного тока 800 кВ. Линия электропередачи мощностью 7,2 ГВт, принадлежащая Государственной сетевой корпорации Китая (SGCC), была введена в эксплуатацию в декабре 2012 г.

Линия проходит через восемь китайских провинций для передачи электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями Гуанди, Цзиньпин и Сычуань, расположенными на реке Ялонг в центрально-западной провинции Сычуань, в промышленно развитую прибрежную зону провинции Цзянсу на востоке Китая. Напряжение переменного тока на обоих концах линии составляет 525 кВ.

Проект передачи был одобрен правительством в ноябре 2008 г. и включал инвестиции в размере около 22 млрд юаней (3,5 млрд долларов США). Компания ABB разработала проект совместно с SGCC и местными китайскими партнерами. Компания АББ также поставила ключевые компоненты проекта, в том числе электрические трансформаторы UHVDC на 800 кВ для обеих преобразовательных подстанций.

5. Линия электропередачи Сянцзяба-Шанхай, Китай – 1980 км

Линия электропередачи Сянцзяба-Шанхай протяженностью 1980 км представляет собой линию 800 кВ мощностью 7,2 ГВт, принадлежащую SGCC. Первая в мире линия электропередачи сверхвысокого напряжения постоянного тока, введенная в коммерческую эксплуатацию в июле 2010 года.

Линия Сянцзяба-Шанхай передает электроэнергию от гидроэлектростанции Сянцзяба, расположенной на юго-западе Китая, в крупный промышленный и коммерческий центр страны, Шанхай. Линия состоит из одной воздушной линии и 28 преобразователей высокого/сверхвысокого напряжения. Напряжение переменного тока на обоих концах линии составляет 525 кВ.

Проект передачи сверхвысокого напряжения постоянного тока был одобрен правительством в апреле 2007 года и завершен за 30 месяцев. Компания АББ по контракту «под ключ» предоставила общий дизайн системы, а также поставила ключевые компоненты, такие как силовые преобразователи высокого и сверхвысокого напряжения, тиристорные вентили, распределительное оборудование постоянного и переменного тока, а также систему управления HVDC.

6. Линия электропередачи Инга-Колвези, Конго – 1700 км

Конго Линия электропередачи Инга-Колвези протяженностью 1700 км, ранее известная как линия Инга-Шаба, представляет собой линию 500 кВ с номинальной мощностью 560 МВт. Он принадлежит и управляется национальной электроэнергетической компанией Демократической Республики Конго (ДРК) Société Nationale d’Electricité (Snel).

Линия высокого напряжения постоянного тока Инга-Колвези передает электроэнергию от гидроэлектростанции Inga Falls на реке Конго в район добычи меди Катанга на юго-востоке Конго. Введенная в эксплуатацию в 1982 году, на тот момент это была самая длинная линия электропередачи в мире. Напряжение переменного тока на обоих концах линии составляет 220 кВ.

Ключевые компоненты для проекта, включая преобразовательные подстанции, были поставлены компанией АББ, которая также получила контракт на реконструкцию линии с новыми тиристорными клапанами, новым высоковольтным оборудованием и новой системой управления и защиты для повышения производительности.