Дисциплина «Введение в специальность»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Узгенский институт технологии и образования имени Академика Б. Мурзубраимова при ОшТУ

« Согласовано» « Рассмотрено»

Руководитель РЭС На заседании УМС

«____»__________2023г. Протокол №___от «____» _____2023г.

Пред. УМС_______к.ю.н. доц. Муратбаева Г. Н.

УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

«Введение в специальность»

Специальность 140212 «Электроснабжение (по отраслям)»

Форма обучения - заочные

Трудоемкость-10 ч.

Из них:

Аудиторная работа – 4ч.

СРС -6ч.

Составил: доц. Мокеев Ш. Д.

Узген-23

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Введение в специальность» знакомит первокурсников с их будущей специальностью – энергетикой, ее значением в современном обществе, историей развития и влиянием ее на технический прогресс. От того, насколько заинтересуется студент будущей специальностью, в значительной степени зависит его последующая студенческая и даже инженерная биография. В процессе учебы студент получает не только представление о будущей специальности, но и определенные навыки работы в вузе. Эта единственная за все время обучения общеэнергетическая дисциплина дает представление о всех разделах энергетики, их взаимосвязях; энергетических системах и основных, происходящих в них процессах преобразования; передачи и потребления энергии; принципах работы и конструктивном выполнении энергетических установок; современном состоянии и перспективах развития энергетики. Цель изучения дисциплины – ознакомление студентов первого курса с современным состоянием электроэнергетики как науки, ее историей, проблемами и перспективами развития, с особенностями обучения, с формами работы, мобилизацией усилий студентов на глубокое и творческое овладение будущей специальностью и сознательное изучение преподаваемых им дисциплин. В задачу данной дисциплины входит ознакомление студентов с местом будущей профессии в общей структуре народного хозяйства; общая характеристика дисциплин, которые предстоит изучать студенту в процессе обучения; сведения о будущей практической деятельности. Дисциплина прививает навыки работы с литературными источниками; расширяет кругозор будущих специалистов и позволяет увидеть разнообразные связи электроэнергетики с различными отраслями народного хозяйства, с самыми различными сторонами человеческой деятельности, направленными на развитие технического прогресса. Дисциплина базируется на знаниях физики и математики, полученных первокурсниками в средней школе и на первом курсе, и готовит к изучению общеобразовательных и специальных дисциплин, которые им предстоит изучать на последующих курсах.

«Введение в специальность» включает в себя два независимых раздела:

«Общая характеристика дисциплины. Современные способы получения электрической энергии», «Потребление электрической энергии. Передача энергии на расстояние».

В дисциплине рассматриваются источники электрической энергии, анализируются энергетические ресурсы мира и всей КР. Даются общие понятия о работе традиционных типов электростанций, а также о новых, нетрадиционных методах преобразования топлива в электрическую энергию. Приводится информация о новых, нетрадиционных источниках электроэнергии. Уделяется внимание вопросам окружающей среды. В данной дисциплине рассматриваются вопросы исторического развития электроэнергетических систем. Знания эти важны как для студентов, получающих образование в этом направлении, так и для специалистов, работающих в электроэнергетике. Знания, полученные студентами, позволят им правильно оценить существующую обстановку в электроэнергетической отрасли; учесть опыт предыдущих поколений и развивать отрасль с учетом этих факторов. Если подходить к изучению каких-либо изобретений только с точки зрения их принципа действия, особенностей конструкции, математической модели, уравнений электрического состояния и т.д. без учета особенностей истории развития этих устройств, не раскрывая логику инженерной мысли, пути преодоления препятствий и противоречий в процессе их создания; то становится трудно научиться творчески, логически мыслить, увлечься своеобразной романтикой инженерного поиска, возбудить желание попробовать свои силы в решении актуальных технических задач, активно включиться в научно-исследовательскую работу.

Общая характеристика дисциплины

ЦЕЛЬ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель изучения дисциплины – ознакомление студентов первого курса с современным состоянием электроэнергетики, как науки, ее историей, проблемами и перспективами развития, с особенностями обучения, с формами работы, мобилизацией усилий студентов на глубокое и творческое овладение будущей специальностью и сознательное изучение преподаваемых им дисциплин. В задачу данного курса входит ознакомление студентов с местом будущей профессии в общей структуре народного хозяйства, общая характеристика дисциплин, которые предстоит изучать студенту в процессе обучения, сведения о будущей практической деятельности. Дисциплина прививает навыки работы с литературными источниками, расширяет кругозор будущих специалистов и позволяет увидеть разнообразные связи электроэнергетики с различными отраслями народного хозяйства, с самыми различными сторонами человеческой деятельности, направленными на развитие технического прогресса.

Курс базируется на знаниях физики и математики, полученных первокурсниками в средней школе и на первом курсе и готовит к изучению общеобразовательных и специальных дисциплин, которые им предстоит изучать на последующих курсах.

«Введение в специальность» включает в себя три независимых раздела:

Организация учебного процесса в вузах;

Вопросы специальности;

Библиография.

Вопросы специальности имеют две части: источники энергии и передача, распределение и потреблении электроэнергии. В курсе рассматриваются источники электрической энергии, анализируются энергетические ресурсы мира и всей КР. Даются общие понятия о работе традиционных типов электростанций, а также о новых, нетрадиционных методах преобразования топлива в электрическую энергию. Приводится информация о новых, нетрадиционных источниках электроэнергии. Уделяется внимание вопросам окружающей среды.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: – готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции; – способностью и готовностью использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики в своей предметной области; – способностью и готовностью анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования; – готовностью использовать информационные технологии в своей предметной области; – готовностью изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования;

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

– терминологию по энергетическим системам;

– иметь представление о специальности и об электроэнергетических системах;

– правила библиографии;

Уметь:

– подготовить реферат на избранные темы;

– пользоваться библиотекой и составлять по ГОСТ список литературы.

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ» ПЕРВОГО ГОДАОБУЧЕНИЯ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 22 часа.

УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Семестр - 1

Зачет - Экз

Часы учебных занятий

Всего - 10

Лекции - 4

Самостоятельная работа - 6

Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Общая характеристика дисциплины Общая характеристика курса. Профиль специальности. Назначение специалиста. Основные требования, предъявляемые к специалисту. Три аспекта энергетики. Значение энергетики в техническом процессе.

Раздел 2. Энергетические ресурсы Земли и их использование Использование энергетических ресурсов. Виды энергетических ресурсов и их запасы: уголь, нефть, природный газ, гидроэнергетические ресурсы, атомная энергия, прочие энергоресурсы.

Раздел 3. Современные способы получения электрической энергии Тепловые конденсационные электрические станции. Теплоэлектроцентрали. Газотурбинные установки. Парогазовые установки. Гидравлические электрические станции. Аккумулирующие электрические станции. Приливные электрические станции. Атомные электрические станции.

Раздел 4. Возможные способы преобразования различных видов энергии в электрическую необходимость в развитии способов преобразования энергии в электрическую. Новые способы получения электроэнергии.

Раздел 5. Потребление электрической энергии. Применение электрической энергии в народном хозяйстве. Энергетика и общество. Понятие об электроэнергетической системе. Принципы работы и конструктивное выполнение основных элементов электроэнергетической системы.

Раздел 6. Передача энергии на расстояние Преимущества объединения энергетических систем. Управление энергетическими системами.

Раздел 7. Влияние техники и энергетики на биосферу. Энергетика и окружающая среда. Охрана природы. Биосфера и технический прогресс. Развитие энергетической техники и ее влияние на окружающую среду.

Содержание обзорных лекций 1 семестр Ном. лек.

Темы лекций

1. Общая характеристика дисциплины. Современные способы получения электрической энергии (2 часа)

2. Потребление электрической энергии. Передача энергии на расстояние (4 часа)

Содержание практических занятий 1 семестр Ном. зан.

Содержание

1. Энергетические ресурсы Земли и их использование. (5 часа)

2. Влияние техники и энергетики на биосферу (4 часа)

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

«ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ»

Изучение дисциплины представляет собой работу студента со следующими ее компонентами: – аудиторные занятия; – самостоятельные занятия, состоящие из контрольного задания (реферата) и самостоятельного изучения разделов и тем дисциплины по учебникам и учебным пособиям с последующей самопроверкой. Также для студентов предусмотрены индивидуальные консультации (очные и письменные) и сдача зачета по всей дисциплине. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА Начинать изучение дисциплины необходимо с рассмотрения её содержания по программе, затем приступить к рассмотрению отдельных тем. Сначала нужно познакомиться с содержащимися в данной теме вопросами, их последовательностью; а затем уже приступить к изучению содержания темы. При первом чтении необходимо получить общее представление об излагаемых вопросах. При повторном чтении – проанализировать пройденный материал и вести конспект, в котором следует выстроить нерархическую структуру изобретений, последовательность этапов развития того или иного направления. Затем необходимо переходить к важным датам и фамилиям авторов-изобретателей с выделением особенностей их изобретений и последующим сравнением их работ с предыдущими с указанием преимуществ и новизны решений. По-возможности, старайтесь проанализировать полученный материал, представляя его в виде красочных графиков, диаграмм, таблиц – это облегчает запоминание материала и позволяет легко восстановить его в памяти при повторном обращении. Переходить к изучению новой темы следует только после полного изучения теоретических вопросов и выполнения самопроверки по предыдущей теме.

САМОПРОВЕРКА

Закончив изучение темы, ответьте на вопросы для самопроверки, которые акцентируют внимание на наиболее важном материале. При этом старайтесь не пользоваться конспектом или учебником. Частое обращение к конспекту показывает недостаточное усвоение основных вопросов темы.

Необходимость частого обращения к учебнику показывает неумение правильно конспектировать основные понятия и закономерности темы. Внесите коррективы в конспект, который впоследствии поможет при повторении материала в период подготовки к зачету.

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

В процессе изучения дисциплины студент должен выполнить контрольное задание, которое представляет собой написание реферата по заданной теме, позволяющее более глубоко изучить пройденный материал и получить более полное понятие о тематике дисциплины. Варианты контрольных заданий приведены в соответствующем разделе данной методической разработки.

КОНСУЛЬТАЦИИ

При возникновении затруднений при изучении теоретической части дисциплины, поиске ответов на вопросы для самопроверки или выполнении контрольного задания следует обращаться за письменной или устной консультацией к преподавателю в университет. При этом необходимо точно указать вопрос, вызывающий затруднение, и место в учебнике, где он разбирается.

ЛЕКЦИИ

В период обучения студентам читаются лекции обзорного характера, на которых проводится обзор наиболее важных тем и разделов дисциплины, а также рассматриваются вопросы, недостаточно полно или точно освещенные в учебной литературе или вызывающие затруднения у большого числа студентов, а также проводятся практические занятия.

ЗАЧЕТ

По дисциплине «Введение в специальность» предусмотрен дифференцированный зачет в первом семестре. К сдаче зачета допускаются студенты, написавшие реферат. При сдаче зачета необходимо показать знание предмета в объеме программы, а также давать пояснения по существу выполненного задания.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература:

1. Основы современной энергетики: учебник для вузов: в 2 т./ под ибщей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. Том

2. Современная электроэнергетика/ под ред. профессора А.П. Бурмана и В.А. Строева. – 632 с. 2. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. – Ростов н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006.

3. Лыкин А.В. Электрические системы и сети: Учебное пособие / А.В. Лыкин. – М.: Логос-М, 2007. – 254 с.

4. Файбисович Д.Л Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д.Л. Файбисович. – М.: ЭНАС, 2006. – 352 с.

5. Электрооборудование электрических станций и подстанций / Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В Чиркова. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 448 с.

6. История энергетики Татарстана (1920–2000 гг.). Документы и материалы. – Казань: ГАУ при КМ РТ, КГЭУ, 2001. – 516 с. Дополнительная литература:

7. Веников В.А., Путятин Е.В. Введение в специальность: Электроэнергетика: Учеб. для вузов / В.А. Веников, Е.В. Путятин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988. – 239 с.

8. Идельчик В.И. Электрические системы и сети / В.И. Идельчик. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.

9. Блок. В.М. Электрические сети и системы: Учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов / В.М. Блок. – М.: Высшая школа, 1986. – 430 с.

10. Солдаткина Л.А. Электрические сети и системы: Учебное пособие для вузов / Л.А. Солдаткина. – М.: Энергия, 1978. – 216 с.

11. Электрические системы в примерах и иллюстрациях / Под ред. В.А. Веникова. – М.: Высшая школа, 1983. – 504 с. Периодические издания (журналы):

12. Патенты, описания авторских свидетельств.

13. Известия ВУЗов: Проблемы энергетики / – Казань: КГЭУ.

14. «Электротехника» / – М.: Изд-во ЗАО «Знак».

15. «Электро» / – М.: Изд-во ООО «Кэпитал Сайн Трэйд».

Современные способы получения электрической энергии

Генерация электроэнергии

Турбогенератор

Генерация электричества — процесс получения электроэнергии из источников первичной энергии. Особенностью электричества является то, что оно не является первичной энергией, свободно присутствующей в природе в значительных количествах, и ее необходимо производить. Производство электричества происходит, как правило, с помощью генераторов на промышленных предприятиях, которые называются электростанциями.

В электроэнергетике генерация электроэнергии является первым этапом доставки электроэнергии конечным пользователям, другие этапы — передача, распределение, накопление и восстановление энергии на гидроаккумулирующих электростанциях.

Содержание

• 1. История

• 2. Способы выработки электроэнергии

  • 2.1. Гидроэнергетика

  • 2.2. Тепловая электроэнергетика

  • 2.3. Ядерная энергетика

  • 2.4. Альтернативная электроэнергетика

  • 2.5. Электрохимия

• 3. Экономика производства электроэнергии

• 4. Экологические проблемы

• 5. Примечания

Основной принцип выработки электроэнергии был открыт в 1820-х и начале 1830-х годов британским ученым Майклом Фарадеем . Его метод, который используется и сегодня, заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при движении этого контура между полюсами магнита, возникает электрический ток.

С развитием техники экономически выгодной стала следующая схема производства электричества. Электрические генераторы, установленные на электростанции, централизованно вырабатывают электрическую энергию в виде переменного тока. С помощью силовых трансформаторов электрическое напряжение вырабатываемого переменного тока повышается, что позволяет передавать его по проводам с низкими потерями. На месте потребления электрической энергии, напряжение переменного тока снижается с помощью понижающих трансформаторов и передаётся потребителям. Электрификация наряду с бессемеровским способом выплавки стали стала основой Второй промышленной революции. Основные изобретения, сделавшие электричество общедоступным и незаменимым, сделали Томас Алва Эдисон и Никола Тесла .

Производство электроэнергии на центральных электростанциях началось в 1882 году, когда на станции Пёрл-стрит в Нью-Йорке паровой двигатель, приводил в движение динамо-машину, которая производила постоянный ток, для освещения Пёрл-стрит. Новая технология была быстро внедрена во многих городах по всему миру, которые быстро перевели осветительные фонари на электрическую энергию. Вскоре после этого электрические лампы стали широко использоваться в общественных зданиях, на предприятиях и для питания общественного транспорта, (трамваев и поездов). С тех пор производство электрической энергии в мире постоянно возрастает.

Способы выработки электроэнергии

Схема производства и передачи электричества. Системы генерации отмечены красным цветом

Основным способом производства электрической энергии является её выработка электрическим генератором, находящимся на одной оси с турбиной и преобразующим кинетическую энергию вращения турбины в электричество. В зависимости от вида рабочего агрегата, вращающего турбину электростанции делятся на гидравлические и тепловые (включая ядерные).

Гидроэнергетика

Основная статья: Гидроэнергетика

Гидроэнергетика — отрасль производства электроэнергии от возобновляемого источника, использующая для производства электроэнергии кинетическую энергию водного потока. Предприятиями по производству энергии в этой области являются гидроэлектростанции (ГЭС), которые строят на реках.

При строительстве гидроэлектростанции с помощью плотин на реках искусственно создается перепад уровней водной поверхности (верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний, специальными водоводами, в которых расположены водные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина вращает соосный ротор электрогенератора.

Конструктивные особенности гидроэлектростанции: A   — водохранилище, B — машинный зал здания ГЭС, C   — гидравлическая турбина, D   — электрогенератор, E   — водоприемник, F   — напорный водовод, G   — линия электропередачи, H — русло реки

Особой разновидностью ГЭС является гидроаккумулирующие электрические станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы.

Тепловая электроэнергетика

Основная статья: Тепловая электростанция

Предприятиями тепловой электроэнергетики являются тепловые электростанции (ТЭС), на которых в электрическую энергию превращается тепловая энергия сгорания органического топлива. Тепловые электростанции бывают двух основных видов:

Конденсационные (КЭС, для которых в прошлом использовалась аббревиатура ГРЭС — государственная районная электростанция). Конденсационной называют тепловую электростанцию, которая предназначена исключительно для производства электрической энергии. На КЭС тепло, которое было получено при сжигании топлива, нагревает воду в парогенераторах, и образовавшийся перегретый водяной пар подается в паровую турбину, на одной оси с которой находится электрический генератор. В турбине внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию, которая в электрическом генераторе создает электрический ток, подаваемый в электрическую сеть. Отработанный пар отводится в конденсатор. Оттуда сконденсировавшаяся вода перекачивается насосами обратно в парогенератор.

Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикационной называется тепловая электростанция, в которой часть тепловой энергии направляется на выработку электрической энергии, а часть поступает для обогрева окрестных жилых районов. Комбинированная выработка тепла и электрической энергии на ТЭЦ значительно повышает эффективность использования топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях, а тепла для обогрева — в домашних котельных установках

Технологические схемы КЭС и ТЭЦ похожи. Принципиальное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в том, что часть образовавшегося в котле пара идет на нужды теплоснабжения.

Ядерная энергетика

Основная статья: Атомная энергетика

Балаковская АЭС, самая крупная ядерная электростанция России

В ядерной энергетике для производства энергии и тепла используется ядерная энергия. Предприятиями ядерной энергетики являются атомные электростанции (АЭС). Принцип выработки электроэнергии на АЭС то же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании органического топлива, а в результате ядерной реакции в ядерном реакторе. Дальнейшая схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: парогенератор получает тепло от реактора и вырабатывает пар, тот поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС их рентабельно использовать только для производства электричества, хотя отдельные эксперименты в области атомной теплофикации проводились.

Схема работы ядерной электростанции

Альтернативная электроэнергетика

См. также: Альтернативная энергетика

Ветровые турбины обычно обеспечивают выработку электроэнергии в сочетании с другими методами производства электроэнергии.

К альтернативной электроэнергетике относятся способы генерирования электроэнергии, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с «традиционными» (упомянутыми выше), но по разным причинам не получили широкого распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии. Интересно, что согласно закону Беца КПД ветряной турбины не может быть больше, чем 59,3 %

Солнечная энергетика (гелиоэнергетика) — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей посредством фотоэлектрического эффекта. Солнечные батареи преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Несмотря на то, что солнечный свет бесплатен и имеется в изобилии, крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электростанциях, обходится дороже, чем производство электроэнергии с помощью электрических генераторов. Это связано с высокой стоимостью солнечных батарей, которая, однако, постоянно снижается. В настоящее время коммерчески доступны батареи с КПД преобразования почти 30%. В экспериментальных системах была продемонстрирована эффективность более 40%^[2]. До недавнего времени фотоэлектрические устройства чаще всего использовались на космических орбитальных станциях, в малонаселенных местах, где нет доступа к коммерческой электросети, или в качестве дополнительного источника электроэнергии для отдельных домов и предприятий. Последние достижения в области эффективности производства и фотоэлектрических технологий в сочетании с субсидиями, обусловленными экологическими проблемами, значительно ускорили развертывание солнечных панелей. Установленная мощность растет на 40% в год благодаря росту производства электроэнергии в Марокко^[3], Германии, Китае, Японии и США. Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики является необходимость создания аккумулирующих мощностей для функционирования в ночное (для гелиоэнергетики) или безветренное (для ветроэнергетики) время.

Геотермальная энергетика — промышленное получение энергии, в частности электроэнергии, из горячих источников, термальных подземных вод. По сути, геотермальные станции являются обычными ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара вместо котла или ядерного реактора используются подземные источники тепла из недр Земли. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где эти природные источники тепла являются самыми доступными.

Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода является абсолютно экологически чистым (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика пока не может из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах.

Стоит также отметить такие альтернативные виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях для производства электрической энергии используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения очень многих факторов при проектировании электростанции: необходимо такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильными и устойчивыми.

Электрохимия

Электрохимическая выработка энергии происходит в процессе прямого преобразования энергии химических связей в электричество, как, например, в батарее. Электрохимическое производство электроэнергии важно в портативных и мобильных приложениях. В настоящее время большая часть электрохимической энергии поступает от батарей. Первичные элементы, такие как обычные цинк-углеродные батареи, действуют непосредственно в качестве источников энергии в то время, как вторичные элементы (аккумуляторные батареи) используются для хранения электроэнергии, а не для её выработки. Открытые электрохимические системы, известные как топливные элементы, могут использоваться для извлечения энергии из природного или синтетического топлива.

В местах, где много соленой и пресной воды возможно создание осмотических электростанций.

Потребление электрической энергии

В целом по республике в 2021 году предприятиями энергетической отрасли произведено более 15 млрд. кВт. часов электроэнергии, что на 1,7% меньше, чем в 2020 году. При этом, около 86% ее объема выработано гидроэлектростанциями. 

Производство и распределение электроэнергии в 2021 году

В 2021 году потреблено электроэнергии в объеме 16,3 млрд. кВт. часов, или на 5,3% больше, чем в 2020 году. За пределы республики отпущено (экспортировано) 546,2 млн. кВт. часов электроэнергии, что в 1,8 раза больше.

Из общего объема потребленной электроэнергии на собственные производственные и хозяйственные нужды использовано около 145 млн. кВт. часов, что по сравнению с 2020 годом на 1,8% больше.

В 2021 году по сравнению с предыдущим годом увеличилось потребление электроэнергии в промышленности (включая распределение электроэнергии на коммунально-бытовые нужды и населению) - на 12,3%, в сфере образования – на 9,9%, гостиниц и ресторанов – на 5,4% и в сельском хозяйстве - на 4,1%.

Вместе с тем, на 12,1% снизилось потребление электроэнергии в строительстве. 

Общие потери электроэнергии в 2021 году составили 2,4 млрд. кВт. часов, из которых более 97% пришлось на технологические потери.

Более половины (56%) объема полезно отпущенной электроэнергии в 2021 году пришлось на долю промышленности (включая распределение электроэнергии на коммунально-бытовые нужды и населению), 25,4% - на сельское хозяйство, а доля других отраслей в общем ее объеме составила 18,6%.

В Кыргызстане зафиксировано максимальное суточное потребление электроэнергии

12 января 2023 года потребление электроэнергии в энергосистеме Кыргызстана достигло максимального показателя — 73,8 миллиона киловатт-часов. Об этом сообщили в ОАО «Национальная электрическая сеть Кыргызстана»

Предыдущий рекорд зимнего потребления электроэнергии был зафиксирован 6 января 2021 года — 73 миллиона киловатт-часов.

Ранее в Нацэнергохолдинге сообщали о том, что энергосистема Кыргызстана работает на пределе своих возможностей.

Потребление электричества в Кыргызстане продолжает расти, несмотря на призывы властей

3 ноября 2021

За октябрь 2021 года потребление электроэнергии в кыргызской энергосистеме составило 1 млрд 397 млн кВт/ч. Об этом говорится в данных ОАО «Национальная электрическая сеть Кыргызстана». За год потребление выросло более чем на 8%.

Ежегодно в Кыргызстане вырабатывается около 15 млрд кВт/ч электроэнергии, при этом потребление в среднем растет на 5-10%. Энергетики заявляют о необходимости увеличения мощностей, предупреждая о риске дефицита электричества.

В этом году из-за низкого уровня воды в Токтогульском водохранилище Кыргызстан столкнулся с самым масштабным за последние годы энергетическим кризисом. Энергетики опасаются, что после отопительного сезона в водохранилище может остаться всего 6-7 млрд кубометров воды, что может привести к остановке Токтогульской ГЭС.

По состоянию на 3 ноября уровень воды в Токтогульском водохранилище составил 11,9 млрд кубометров. Это самый низкий показатель за последние годы. Ровно год назад в водоеме было 14,8 млрд кубометров воды.

«В обычные годы в течение осенне-зимнего периода расходуется 6-7 млрд кубометров. Соответственно, есть риск выхода в апреле на так называемый мертвый уровень турбины», - сказал в октябре замглавы кабмина Азиз Аалиев.

Для недопущения критической ситуации в Токтогульском водохранилище Кыргызстан путем обмена получает электроэнергию из Казахстана и Узбекистана, а также импортирует электричество из Туркменистана. Кроме того, кабмин сообщал о переговорах о поставках электроэнергии из России.

Власти страны и энергокомпании периодически обращаются к абонентам с призывом экономить электричество. В конце сентября Нацэнергохолдинг начал отключать в столице уличное освещение и световую рекламу, однако спустя несколько дней компания отменила свое решение.

Передача электрической энергии на расстояние

Электрическая энергия является ценным энергоресурсом, что обуславливает ее использование при преобразованиях в другие виды энергии, а также передачу ее потребителям на любые расстояния.

Как известно, электроэнергию вырабатывают на электростанциях и передают потребителям на большие расстояния с помощью линий электропередачи (ЛЭП). Но при передаче электрической энергии по проводам  часть энергии тратится на нагревание проводов линий электропередачи.

Теплота Q, выделяемая током в проводнике, определяется по формуле закона Джоуля — Ленца: Q=I2Rt.

Очевидно, чтобы уменьшить потери тепловой энергии в проводах, нужно либо уменьшать силу тока, либо уменьшать сопротивление.

Сопротивление проводника вычисляется по формуле: R=ρlS.

Объединив эти формулы, получим следующее выражение: Q=I2ρlSt.

Чтобы уменьшить сопротивление линии, используют провода, изготовленные из материала с малым удельным сопротивлением (обычно медь или алюминий), и увеличивают их поперечное сечение. Однако этот путь малоэффективен — провода должны иметь малую массу. Противоречия в требованиях массы малой массы и малого удельного сопротивления с большим поперечным сечением не нашли своего решения. Поэтому используют высоковольтные линии передач.

Обрати внимание!

Для уменьшения силы тока при сохранении мощности (P=IU) повышают напряжение, т. е. ток трансформируют.

Для этого на территории электростанции устанавливают повышающие трансформаторы.

Электроприборы в домах рассчитаны на напряжение, отличающееся от передаваемого по ЛЭП. Поэтому существуют подстанции, на которых напряжение понижается до потребительского значения (220 В).

Энергетические ресурсы Земли и их использование

Энергетические ресурсы — это все источники разнообразных видов энергии, доступные для промышленного и бытового использования в энергетике.

Энергетические ресурсы делятся на невозобновляемые, возобновляемые и ядерные. По происхождению энергетические ресурсы делятся на топливо различных видов (как вознобновляемое, так и нет), энергию различных природных процессов, и ядерную энергию. Также выделяется специальная категория вторичных энергетических ресурсов (топливных, тепловых, и ВЭР избыточного давления). Человеком используются самые разные виды энергии: тепловая, электрическая, ядерная, химическая, механическая. Энергетические ресурсы используются в первую очередь для генерации электроэнергии и в топливной промышленности.

Содержание

• 1История

• 2Виды ресурсов

  • 2.1Невозобновляемые энергетические ресурсы

    • 2.1.1Нефть

    • 2.1.2Природный газ

    • 2.1.3Уголь

  • 2.2Возобновляемые энергетические ресурсы

    • 2.2.1Биотопливо

    • 2.2.2Гидроэнергия

    • 2.2.3Альтернативная энергетика

  • 2.3Ядерная энергетика

До XIX века основным энергетическим ресурсом на планете была древесина. Промышленная революция, изобретение паровой машины привели к широкому использованию угля, массовое применение двигателей внутреннего сгорания потребовало резкого увеличения добычи нефти, стало возрастать использование природного газа. Появились, заняли свое место в мировой экономике, но не заняли ведущих мест гидроэнергетика и ядерная энергетика. «Эра нефти» дала толчок интенсивному развитию экономики, что потребовало, в свою очередь, увеличения ее производства и потребления. В последние десятилетия потребление энергии удваивается каждые 13—14 лет.

Невозобновляемые энергетические ресурсы

Ископаемое топливо, Теплоэнергетика и Тепловая электростанция

К невозобновляемым энергетическим ресурсам относят все виды ископаемого топлива: нефть, природный газ, каменный и бурый уголь, горючие сланцы, торф. В мировых запасах ископаемого топлива ведущую роль играет уголь (до 60 % в пересчете на условное топливо), на нефть и газ приходится около 27 %. При оценке запасов выделяются доказанные запасы и конечные (предполагаемые) запасы.

В 2010 году примерно 91 % всей энергии, производимой человечеством на Земле, добывалось сжиганием разных видов топлива, при этом львиная доля приходилось на невознобновимое ископаемое топливо. По прогнозам американского агентства EIA (Energy Information Administration), доля ископаемого топлива к 2040-му году снизится лишь до 78 %, при одновременном росте энергопотребления на 56 % в период с 2010 по 2040 годы. С этим связаны такие глобальные проблемы современной цивилизации, как истощение невозобновляемых энергоресурсов, загрязнение окружающей среды и глобальное потепление.

Основу энергетики составляют тепловые электростанции (ТЭС), использующие химическую энергию органического топлива. На 2010 год ТЭС на ископаемом топливе обеспечивали более 67 % от общей выработки всех электростанций мира^[3].

Нефть

Доказанные мировые извлекаемые запасы нефти оценивались в 1638—1687 млрд баррелей на 2012 год, хотя конечные запасы могут составлять 9800-18900 млрд баррелей, в том числе обнаруженные, но не обработанные месторождения, запасы, неизвлекаемые при существующих технологиях, а также альтернативные источники (битуминозные пески и сланцевая нефть).

По данным Международного энергетического агентства (IEA), нефть была источником 32 % всей энергии и 4,6 % электроэнергии в 2010 году.

Помимо использования в качестве источника энергии, нефть используется и как химическое сырье, по данным Международного энергетического агентства, в 2010 году 16,8 % нефтепродуктов уходило на не-энергетическое использование.

Природный газ

Природный газ широко применяется как топливо для ТЭС, для транспорта с газовым двигателем, для централизованного (Теплоэлектроцентрали, котельные) или децентрализованного отопления и горячего водоснабжения в жилых домах и промышленных зданиях, и для приготовления пищи на газовых плитах.

Доказанные извлекаемые запасы природного газа на 2012 год составляли, по разным оценкам 185-192 трл. м³., что на 39 % больше, чем 20 лет назад.

По данным IEA, газ был источником 21 % всей энергии и 22 % электроэнергии в 2010 году, 5,5 % газа при этом использовалось не в качестве топлива.

Уголь[

Уголь является наиболее распространённым и используемым ископаемым топливом. Открытие промышленных свойств угля запустило промышленную революцию, а темпы его потребления растут и по сей день. Доказанные извлекаемые мировые запасы угля по оценке американского агентства EIA на 2009 год составляли 946 млрд тонн, такие запасы позволят поддерживать текущий уровень потребления до 2130 года; однако, при ежегодном росте потребления на 5 % запасы истощатся значительно раньше. По оценке British Petroleum, запасы угля на 2013 год составляли 891 млрд тонн, и их хватит до 2126 года.

По данным IEA, уголь был источником около 27 % всей энергии и около 40 % электроэнергии в 2010 году^[7].

Возобновляемые энергетические ресурсы[править | править код]

Возобновляемые источники энергии (т. н. «зеленая энергия») — те природные ресурсы, которые могут служить источниками энергии, и которые относятся к возобновляемым ресурсам, то есть пополняются естественным путём и по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Такими ресурсами могут служить возобновляемые органические ресурсы и ряд природных процессов.

В 2010 году из возобновляемых источников энергии было обеспечено около 13 % мирового потребления энергии (2.3 % гидроэнергетика, 10 % биотопливо и отходы, 1 % альтернативные источники энергии), и около 20 % всей электроэнергии (16 % гидроэнергетика, 3,7 % биотопливо и альтернативные источники энергии), по данным Международного энергетического агентства (IEA). По оценкам американского EIA на этот год, доля «зеленой энергии» в мировом потребления энергии составляла 11 % и ожидался рост на еще 4 % к 2040 году. По данным аналитического центра REN21, доля возобновимых источников в производстве электроэнергии в 2010 году составила 20,3 % (15 % гидроэнергетика, 5,3 % биотопливо и альтернативные источники энергии)

В 2018 году, по данным Международного энергетического агентства, доля возобновимых источников в производстве электроэнергии составила 26 %, доля ядерной энергетики — 10,1 %.

Биотопливо

К возобновимым видам топлива относится топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов, а также из органических промышленных отходов: древесина (дрова и измельчённая древесина); топливные гранулы (пеллеты) и топливные брикеты, растительное масло, этанол и др. В настоящее время 54—60 % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи, их используют 38 % населения Земли. Основной формой биотоплива в электроэнергетике являются топливные гранулы. На транспорте в качестве биотоплива используются в основном этанол, сюда же относят биодизель. В 2014 году этанол составлял 74 % рынка транспортного биотоплива, биодизель — 23 %, гидрированное растительное масло (HVO) — 3 %.

Гидроэнергия

Гидроэнергия и Гидроэлектростанция

Энергия текущей воды была первым широко используемый для технологических целей видом энергии. До середины XIX века для этого применялись водяные колёса, преобразующие энергию движущейся воды в механическую энергию вращающегося вала. Затем стали использоваться гидротурбины, преобразующие механическую энергию далее в электроэнергию.

Гидроэлектростанции обычно строят на реках, для повышения разности уровней воды и гарантированной обеспеченности водой круглый год сооружают плотины и водохранилища. Использование гидроэнергии имеет следующие особенности: первоначальные вложения для строительства ГЭС обычно требуют больше капиталовложения, чем тепловых станций, но стоимость производства энергии на них ниже; ГЭС могут легко и быстро изменять вырабатываемую мощность электроэнергии; крупные и эффективные ГЭС не могут быть построены в любом месте и часто удалены от потребителей; строительство ГЭС оказывает значительное влияние на окружающую среду из-за создания плотин и водоемов.

Мировой потенциал выработки гидроэнергии оценивается почти в 10 трлн кВт/ч. Около 1/2 этого потенциала приходится на Китай, Россию, США, Заир, Канаду, Бразилию.

Альтернативная энергетика

К альтернативной энергетике относят как относительно развитые отрасли — солнечную и ветровую, так и менее распространенные и находящиеся в процессе становления — геотермальная энергетика, электростанции на биотопливе, приливные и волновые электростанции, грозовую энергетику.

Ядерная энергетика

 Ядерная энергетика и АЭС

Ядерная (aтомная) энергетика использует для производства электрической (а также тепловой) энергии ядерную энергию. Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235. В перспективе также ожидается развитие термоядерной энергетики на основе управляемого термоядерного синтеза, в настоящее время эта отрасль не вышла из стадии строительства экспериментальных реакторов.

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; существуют программы создания ядерного ракетного двигателя.

В 2010 году ядерная энергия обеспечивала 12,9 % от производства электроэнергии и 5,7 % от всей потребляемой человечеством энергии, по данным Международного энергетического агентства (IEA), около 5 % от всей энергии по оценке американского EIA.

Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны — США и Францию, существенные объемы энергии вырабатывают АЭС России и Китая. Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на 2019 год насчитывалось 449 действующих ядерных энергетических (то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию) реакторов в 34 стране мира; на середину 2019 года 54 реактора строились

Влияние техники и энергетики на биосферу.Охрана окружающей среды

Общий прогресс в условиях НТР достиг такого высокого уровня, что человек в результате своей многоуровневой деятельности оказывает весьма заметное влияние на биосферу. Мощность от всех электростанций в мире около 1.5 * 10 (12) Вт, а мощность всех энергетических установок 8-9 * 10 (12) Вт, что примерно соответствует мощности испарения влаги с поверхности земли, мощности приливов и отливов всех морей и океанов, или мощности землетрясений. Энергия всех видов топлива, добываемого в настоящее время в течение года, составляет 50 * 10 (15).При таких величинах вырабатываемой энергии тепловой эффект оказывается заметным в тепловом балансе планеты и существенно влияет на климат, особенно в энергетически напряженных районах.

Сравнительная мощность:

Лампа – 10 (2) Вт, радиосигнал – 10 (-18), электропередача Куйбышев-Москва – 10 (9) Вт, все электростанции – 1.5 * 10 (12), все реки и водопады – 10 (13), атомная бомба – 10 (15), водородная бомба – 10 (18), солнце – 10 (27), излучение сверхзвезды – 10 (32)

Ранее человечество не задумывалось о результатах своей энергетической деятельности, но это было допустимо, пока энергетическая мощность была незначительной по сравнению с мощностью явлений в природе. Сегодня же люди ощущают в повседневной жизни эти последствия. Наблюдается интенсивное загрязнение вредными веществами атмосферы, сокращаются лесные массивы, нарушается экологическое равновесие между атмосферой и мировым океаном и т.п.

При создании и управлении работой энергосистем необходимо учитывать взаимовлияние энергетики и биосферы. Ярким примером является Гибралтарский пролив.Большая система энергетики, охватывающая обширные географические районы, представляет единое целое качественно новое по сравнению с простым набором элементов. Еще недавно специалисты-энергетики занимались только техническими вопросами в своей области. Сегодня нельзя решить технические вопросы, не рассматривая их влияние на биосферу, на социальные условия жизни людей и связанных с энергетикой отраслей народного хозяйства.

Под биосферой понимается область, занятая живым веществом, она охватывает часть литосферы (суши), атмосферу и всю гидросферу.

Сейчас известно, что состав воздуха меняется, причем даже некоторые изменения носят необратимый характер. И, прежде всего увеличение содержания углекислого газа. За последнее столетие увеличилось на 15%, что в весовом выражении составляет 360 млрд. тонн. Накопление углекислоты объясняется возрастающим сжиганием органического топлива и сокращением растительного покрова. На поверхности Земли осаждаются отходы в виде золы, серы, пыли. Например, при сжигании 4 млрд. тонн угля остаётся золы на 360 млн. тонн.

В настоящее время ежегодно в моря и океаны попадает 6-12 млн. тонн нефти из-за потерь в морских скважинах, аварий танкеров и их очистки. Нефтяной плёнкой уже сейчас покрыто почти 1/5 Мирового океана. Наряду с увеличением содержания углекислого газа происходит уменьшение содержания кислорода. Ежегодно при сжигании расходуется 10-13млрд. тонн свободного кислорода, идёт загрязнение всей атмосферы.

Учитывая всё это загрязнение биосферы, постоянно ведутся работы по снижению и обезвреживанию этих выбросов.

Поиски новых видов топлива для автомобилей (метанол, получение жидкого топлива из угля и т.д.). Особое место среди прочих загрязнений занимают продукты искусственного происхождения, которые представляют исключительную опасность для развития флоры, фауны и жизни человека. Еще Ф. Энгельс говорил, что “ человек должен общаться с природой не как завоеватель, навязывающий ей свои законы, а как её друг, познающий её законы и действующий в соответствии с этими законами”.

Можно и нужно проводить рациональное планирование окружающей среды и управлять её развитием. Численность населения быстро возрастает и в этих условиях недопустима стихийная эксплуатация природных ресурсов. Повсеместно должно осуществляться разумное их использование.

Этим целям служит ряд мероприятий, принятых в нашей стране и в частности законы об охране природы.

Энергетика влияет на биосферу за счёт теплового загрязнения атмосферы и водоёмов, затопления обширных территорий,

вырубки лесов при строительстве ЛЭП и т.п.

Поэтому в настоящее время при проектировании и строительстве энергетических объектов, комплексно, в системе решаются технические вопросы и вопросы охраны окружающей среды.

Круговорот энергии, запасённой, в органическом топливе и загрязнения окружающей среды продуктами его сгорания показаны на рисунке:

   Объемы загрязнений электростанциями различного типа окружающей среды мощностью 1 млн.кВт. Выбросы показаны в тоннах/сутки: