I processen att flytta laddningar inom en sluten krets, utf?r str?mk?llan visst arbete. Det kan vara anv?ndbart och komplett. I det f?rsta fallet flyttar str?mk?llan laddningar i den externa kretsen medan de utf?r arbete, och i det andra fallet r?r sig laddningarna i hela kretsen. I denna process stor betydelse har str?mk?llans verkningsgrad, definierad som f?rh?llandet mellan kretsens yttre och totala resistans. Om k?llans inre motst?nd och belastningens yttre motst?nd ?r lika, kommer h?lften av all effekt att g? f?rlorad i sj?lva k?llan, och den andra h?lften kommer att sl?ppas ut vid belastningen. I detta fall koefficienten anv?ndbar ?tg?rd kommer att vara 0,5 eller 50 %.

Elektrisk krets effektivitet

Den betraktade effektiviteten ?r i f?rsta hand relaterad till fysiska kvantiteter k?nnetecknande av omvandlings- eller ?verf?ringshastigheten f?r el. Bland dem ?r i f?rsta hand effekten, m?tt i watt. Det finns flera formler f?r dess definition: P = U x I = U2/R = I2 x R.

I elektriska kretsar kan det finnas annan betydelse sp?nning respektive laddning, och det utf?rda arbetet ?r ocks? olika i varje enskilt fall. Mycket ofta finns ett behov av att uppskatta den hastighet med vilken elektricitet ?verf?rs eller omvandlas. Denna hastighet ?r elektrisk kraft motsvarande det arbete som utf?rts under en viss tidsenhet. I form av en formel kommer denna parameter att se ut s? h?r: P=A/?t. D?rf?r visas verket som produkten av kraft och tid: A=P??t. M?ttenheten f?r arbete ?r .

F?r att avg?ra hur effektiv en anordning, maskin, elektrisk krets eller annat liknande system ?r, vad g?ller effekt och arbete, anv?nds effektivitet - effektivitet. Detta v?rde definieras som f?rh?llandet mellan anv?nd energi total energi som kommer in i systemet. Verkningsgraden betecknas med symbolen i och definieras matematiskt som formeln: i \u003d A / Q x 100% \u003d [J] / [J] x 100% \u003d [%], d?r A ?r det utf?rda arbetet av konsumenten, Q ?r energin som ges av k?llan. I enlighet med lagen om energihush?llning ?r verkningsgraden alltid lika med eller under enhet. Detta inneb?r att nyttigt arbete inte kan ?verstiga m?ngden energi som spenderas p? dess slutf?rande.

S?ledes best?ms effektf?rlusterna i alla system eller enheter, liksom graden av deras anv?ndbarhet. Till exempel i ledare bildas effektf?rluster n?r elektricitet delvis omvandlas till termisk energi. M?ngden av dessa f?rluster beror p? ledarens motst?nd, det ?r de inte integrerad del nyttigt arbete.

Det finns en skillnad, uttryckt med formeln ?Q=A-Q, som tydligt visar effektf?rlusten. H?r ?r f?rh?llandet mellan ?kningen av effektf?rluster och ledarens motst?nd mycket tydligt synligt. Det mest sl?ende exemplet ?r en gl?dlampa, vars effektivitet inte ?verstiger 15%. De ?terst?ende 85 % av effekten omvandlas till termisk, det vill s?ga till infrar?d str?lning.

Vad ?r effektiviteten f?r den nuvarande k?llan

Den ?verv?gda effektiviteten av det hela elektrisk krets, l?ter dig b?ttre f?rst? den fysiska essensen av effektiviteten hos den nuvarande k?llan, vars formel ocks? best?r av olika kvantiteter.

P? v?g att flytta elektriska laddningar i en sluten elektrisk krets utf?rs ett visst arbete av en str?mk?lla, som skiljer sig som anv?ndbar och komplett. Under utf?randet av anv?ndbart arbete flyttar str?mk?llan laddningar i den externa kretsen. Vid fullt arbete r?r sig laddningarna, under p?verkan av en str?mk?lla, redan genom hela kretsen.

I form av formler visas de enligt f?ljande:

• Anv?ndbart arbete - Apolesis = qU = IUt = I2Rt.
• Fullt arbete- Аfull = qe = Iet = I2(R +r)t.

Baserat p? detta ?r det m?jligt att h?rleda formler f?r den anv?ndbara och totala effekten av den aktuella k?llan:

• Anv?ndbar kraft - Рpolez = Apolez / t = IU = I2R.
• Skenbar effekt - Рfull = Apfull/t = Ie = I2(R + r).

Som ett resultat tar formeln f?r effektiviteten av den aktuella k?llan f?ljande form:

• i = Ause/ Atot = Ruse/ Ptot = U/e = R/(R + r).

Den maximala anv?ndbara effekten uppn?s vid ett visst v?rde av motst?ndet hos den externa kretsen, beroende p? egenskaperna hos str?mk?llan och belastningen. Uppm?rksamhet b?r dock ?gnas ?t inkompatibiliteten av maximalt anv?ndbar kraft och maximal effektivitet.

Unders?kning av str?mk?llans effekt och effektivitet

Effektiviteten hos en str?mk?lla beror p? m?nga faktorer, som b?r beaktas i en viss sekvens.

F?r att best?mma, i enlighet med Ohms lag, finns det f?ljande ekvation: i \u003d E / (R + r), d?r E ?r den elektromotoriska kraften hos str?mk?llan och r ?r dess inre motst?nd. Det konstanter, som inte beror p? det variabla motst?ndet R. Med deras hj?lp kan du best?mma den anv?ndbara effekten som f?rbrukas av den elektriska kretsen:

• W1 \u003d i x U \u003d i2 x R. H?r ?r R motst?ndet f?r konsumenten av el, i ?r str?mmen i kretsen, best?ms av f?reg?ende ekvation.

S?ledes kommer effektv?rdet med ?ndliga variabler att visas enligt f?ljande: W1 = (E2 x R)/(R + r).

Eftersom det ?r en mellanvariabel kan i detta fall funktionen W1(R) analyseras f?r ett extremum. F?r detta ?ndam?l ?r det n?dv?ndigt att best?mma v?rdet p? R, vid vilket v?rdet av den f?rsta derivatan av den anv?ndbara effekten associerad med det variabla motst?ndet (R) kommer att vara lika med noll: dW1/dR = E2 x [(R + r)2 - 2 x R x (R + r) ] = E2 x (Ri + r) x (R + r - 2 x R) = E2(r - R) = 0 (R + r)4 (R + r)4 (R + r)3

Fr?n denna formel kan vi dra slutsatsen att v?rdet p? derivatan endast kan vara noll under ett villkor: motst?ndet hos effektmottagaren (R) fr?n den aktuella k?llan m?ste n? v?rdet p? det interna motst?ndet f?r sj?lva k?llan (R => r). Under dessa f?rh?llanden kommer v?rdet p? verkningsgraden i att best?mmas som f?rh?llandet mellan den anv?ndbara och totala effekten av str?mk?llan - W1/W2. Eftersom vid den maximala punkten f?r anv?ndbar effekt kommer resistansen f?r energif?rbrukaren av den aktuella k?llan att vara densamma som den interna resistansen f?r sj?lva str?mk?llan, i detta fall kommer effektiviteten att vara 0,5 eller 50%.

Uppgifter f?r aktuell kraft och effektivitet

Produktion och distribution av el.

Vid ett regionalt (d.v.s. n?ra energik?llor) kraftverk genereras el oftast av elektriska maskingeneratorer. F?r att minska f?rlusterna under dess ?verf?ring och distribution ?kas sp?nningen som tas vid generatorns utg?ng av en transformatorstation. Elen ?verf?rs sedan till h?gsp?nningsledningar kraft?verf?ringsledningar (TL) ?ver l?nga avst?nd, som kan m?tas i hundratals kilometer. Ett antal distributionsstationer ?r anslutna till kraft?verf?ringsledningen, vilket leder elektriciteten till lokala kraftf?rbrukningscentraler. Eftersom elen sedan ?verf?rs genom gator och bebyggelse, s?nks sp?nningen vid transformatorstationerna igen av transformatorer f?r s?kerhets skull. Huvudn?tets ledningar ?r anslutna till transformatorerna i transformatorstationerna. P? l?mpliga st?llen i detta n?tverk installeras filialpunkter f?r elf?rbrukarnas distributionsn?t.

Kraftverk.

kraftverk olika typer bel?gen i olika platser, kan kombineras av h?gsp?nningsledningar till ett kraftsystem. I detta fall antas den konstanta (bas) belastningen som f?rbrukas under dagen av k?rnkraftverk(NPP), h?geffektiva ?ngturbinv?rmekraftverk och kraftverk (TPP och CHP), samt vattenkraftverk (HPP). Under timmar med ?kad belastning ?r pumpkraftverk (PSPP), gasturbinenheter (GTU) och mindre effektiva v?rmekraftverk som drivs med fossila br?nslen dessutom anslutna till kraftsystemets gemensamma kraft?verf?ringsn?t.

Kraftf?rs?rjning fr?n kraftsystem har betydande f?rdelar j?mf?rt med f?rs?rjning fr?n isolerade kraftverk: kraftf?rs?rjningens tillf?rlitlighet f?rb?ttras, energiresurserna i omr?det anv?nds b?ttre, kostnaden f?r el reduceras p? grund av den mest ekonomiska lastf?rdelningen mellan kraftverk, erforderlig reserveffekt reduceras osv.

belastningsfaktor.

Konsumentbelastningen varierar beroende p? tid p? dygnet, m?nad p? ?ret, v?der och klimat, geografiskt l?ge och ekonomiska faktorer.

Den maximala (topp) lastniv?n kan endast n?s under n?gra timmar per ?r, men kraftverkets eller kraftsystemets kapacitet m?ste vara dimensionerad f?r toppbelastning. Dessutom kr?vs ett ?verskott, eller reserv, av effekt f?r att kunna st?nga av enskilda kraftenheter f?r Underh?ll och reparation. Reservkraften b?r vara cirka 25 % av full installerad kapacitet.

Effektiviteten av att anv?nda ett kraftverk och ett kraftsystem kan karakteriseras av den procentuella andelen el (i kilowattimmar) som faktiskt genereras under ett ?r till h?gsta m?jliga ?rliga produktivitet (i samma enheter). Belastningsfaktorn kan inte vara lika med 100 %, eftersom driftstopp f?r kraftenheter f?r planerat underh?ll och reparation i h?ndelse av ett n?dfel ?r oundvikligt.

kraftverkseffektivitet.

Den termiska verkningsgraden f?r ett koleldat kraftverk kan approximeras av massan av kol, i kilogram, som f?rbr?nns f?r att producera en kilowattimme el. Denna indikator (specifik br?nslef?rbrukning) minskade stadigt fr?n 15,4 kg/kWh p? 1920-talet till 3,95 kg/kWh i b?rjan av 1960-talet, men ?kade gradvis till 4,6 kg/kWh under 1990-talet. ?kningen beror till stor del p? inf?randet av damm samlare och gasskrubber, som f?rbrukar upp till 10 % av kraftverkets uteffekt, samt ?verg?ngen till renare kol (med l?gt inneh?ll svavel), f?r vilket m?nga kraftverk inte konstruerades.

Procentuellt sett ?verstiger den termiska verkningsgraden f?r ett modernt v?rmekraftverk inte 36%, fr?mst p? grund av v?rmef?rluster som f?rs bort av avgaser - f?rbr?nningsprodukter.

F?r k?rnkraftverk som arbetar p? mer ?n l?ga temperaturer och tryck, en n?got l?gre total verkningsgrad - cirka 32%.

Gasturbinanl?ggningar med en spillv?rmepanna (en ?nggenerator som anv?nder v?rmen fr?n avgaserna) och en extra ?ngturbin kan ha en verkningsgrad p? mer ?n 40 %.

Den termiska verkningsgraden hos ett ?ngturbinkraftverk ?r ju h?gre desto h?gre driftstemperaturer och ?ngtryck. Om i b?rjan av 1900-talet dessa parametrar var 1,37 MPa och 260 ° C, d? ?r tryck ?ver 34 MPa och temperaturer ?ver 590 ° C vanliga (NPP arbetar vid l?gre temperaturer och tryck ?n de st?rsta v?rmekraftverken, eftersom standarderna begr?nsar det maximala till?ten temperatur reaktorh?rden).

Vid moderna ?ngturbinkraftverk tas ?nga som delvis har arbetat ut i turbinen vid dess mellanpunkt f?r ?teruppv?rmning (mellan?verhettning) till initialtemperaturen och tv? eller flera steg av ?teruppv?rmning kan tillhandah?llas. ?nga fr?n andra punkter i turbinen avleds f?r att f?rv?rma matarvattnet som tillf?rs ?nggeneratorn. S?dana ?tg?rder ?kar den termiska effektiviteten avsev?rt.

Elkraftindustrins ekonomi.

Tabellen ger v?gledande uppgifter om elf?rbrukning per capita i vissa l?nder i v?rlden.

?NGTURBINKRAFTVERK

Den st?rsta delen av den el som produceras i v?rlden genereras av ?ngturbinkraftverk som drivs p? kol, eldningsolja eller naturgas.

?nggeneratorer.

?nggeneratorn i ett ?ngturbinkraftverk som drivs med fossila br?nslen ?r en pannenhet med en ugn i vilken br?nsle f?rbr?nns, f?r?ngande ytor i vars r?r vatten omvandlas till ?nga, en ?verhetare som h?jer temperaturen p? ?ngan innan den kommer in i turbin till v?rden upp till 600 ° C, mellanliggande (sekund?ra) ?verhettare f?r ?teruppv?rmning av ?nga delvis tillbringad i turbinen, economizer, d?r inloppet matarvatten v?rms upp av avgasen, och av en luftf?rv?rmare i vilken r?kgasen avger sin restv?rme till den luft som tillf?rs ugnen.

F?r att tillf?ra den luft som beh?vs f?r f?rbr?nning till ugnen anv?nds fl?ktar som skapar konstgjorda eller p?tvingade drag i den. I vissa ?nggeneratorer skapas dragkraft avgasfl?ktar(r?kavgasare), i andra - tillf?rsel (tryck), och oftast b?da, vilket ger den s? kallade. balanserad dragkraft med neutralt tryck i ugnen.

N?r br?nsle f?rbr?nns, obr?nnbara komponenter, vars inneh?ll kan n? 12–15 % av den totala volymen bitumin?sa och 20–50 % brunkol, sl? sig ner p? golvet f?rbr?nningskammare i form av slagg eller torr aska. Resten passerar genom ugnen i form av damm, som ?r t?nkt att reng?ras fr?n avgaser innan de sl?pps ut i atmosf?ren. Reng?ring av damm och aska utf?rs av cykloner och elektrostatiska filter, i vilka dammpartiklar laddas och avs?tts p? uppsamlartr?dar eller plattor med en laddning av motsatt tecken.

Regler f?r nya kraftverk begr?nsar utsl?ppen av inte bara partiklar utan ?ven svaveldioxid. D?rf?r, omedelbart f?re skorstenen i gaskanalerna, tillhandah?lls kemiska skrubbrar, ofta installerade efter elektrostatiska filter. I scrubbers (v?ta eller torra) med olika kemiska processer svavel avl?gsnas fr?n avgaserna.

P? grund av den h?ga erforderliga graden av damm- och askreng?ring anv?nds f?r n?rvarande ocks? tygp?sfilter med skak- och backspolning, inneh?llande hundratals stora tygp?sar - filterelement.

Elektriska generatorer.

Den elektriska maskingeneratorn drivs av den sk. drivkraft s?som en turbin. Den roterande axeln p? drivmotorn ?r ansluten med en koppling till den elektriska generatorns axel, som vanligtvis b?r magnetiska poler och excitationslindningar. Det magnetiska f?ltet f?r str?mmen som skapas i excitationslindningen av en liten hj?lpgenerator eller halvledaranordning (exciterare) korsar ledarna i statorns (generatorns station?ra ram) lindning, p? grund av vilken en v?xelstr?m induceras i denna lindning, vilket tas bort fr?n generatorns utg?ngsterminaler. Stora trefasgeneratorer producerar tre separata men koordinerade str?mmar i tre separata system av ledare, vars sp?nning n?r 25 kV. Ledarna ?r anslutna till en trefas transformator, fr?n vars utg?ng elektricitet ?verf?rs genom trefasiga h?gsp?nningsledningar till f?rbrukningscentraler.

Kraftfulla moderna turbogeneratorer har ett slutet ventilationssystem med v?tgas som kylgas. V?te tar inte bara bort v?rme, utan minskar ocks? aerodynamiska f?rluster. Arbetstryck v?te ?r fr?n 0,1 till 0,2 MPa. F?r mer intensiv kylning av generatorn kan v?te ?ven tillf?ras under tryck till statorns ih?liga ledare. I vissa generatormodeller kyls statorlindningarna med vatten.

F?r att ?ka kylningseffektiviteten och minska storleken p? generatorn p?g?r forskning kring m?jligheten att skapa en generator kyld av flytande helium.

?ngturbiner.

?ngan fr?n ?nggeneratorns ?verhettare som kommer in i turbinen passerar genom ett system av profilerade inloppsmunstycken (munstycksapparat). I detta fall reduceras ?ngans tryck och temperatur, och hastigheten ?kas kraftigt. H?ghastighets?ngstr?lar tr?ffar kronan av arbetsblad (med en aerodynamisk profil) monterade p? turbinrotorn, och ?ngenergin omvandlas till rotorrotationsenergi.

?ngan passerar genom en serie styrningar och arbetsvinggaller tills dess tryck sjunker till cirka 2/3 av atmosf?rstrycket och temperaturen sjunker till en niv? (32-38 ° C), det minimum som kr?vs f?r att f?rhindra ?ngkondensation.

Vid turbinens utlopp str?mmar ?ngan runt kondensorr?rsbuntarna, genom vilka kallvatten pumpas, och kondenserar, som avger v?rme till vattnet, varigenom ett l?tt vakuum uppr?tth?lls h?r. Kondensatet som samlas i botten av kondensorn pumpas ut av pumpar och, efter att ha passerat genom en serie v?rmeslingor, ?terf?rs det till ?nggeneratorn f?r att starta cykeln igen. ?ngan till dessa v?rmeslingor h?mtas fr?n olika punkter turbin ?ngbana med fler och fler h?g temperatur beroende p? temperaturh?jningen av kondensatreturfl?det.

Eftersom kondensorn kr?ver stora m?ngder vatten, ?r det l?mpligt att bygga stora v?rmekraftverk n?ra stora vattendrag. Om vattentillg?ngen ?r begr?nsad byggs kyltorn. I kyltornet pumpas vattnet som anv?nds f?r att kondensera ?ngan i kondensorn till toppen av tornet, varifr?n det rinner ner f?r m?nga bafflar och sprids i ett tunt lager ?ver ett stort omr?de. Luften som kommer in i tornet stiger p? grund av naturligt drag eller forcerat drag skapat av kraftfulla fl?ktar. Luftens r?relse p?skyndar avdunstning av vatten, som kyls av avdunstning. I det h?r fallet g?r 1–3 % av kylvattnet f?rlorat och l?mnar i form av ett ?ngmoln ut i atmosf?ren. Det kylda vattnet matas tillbaka till kondensorn och cykeln upprepas. Kyltorn anv?nds ocks? i de fall d?r vatten tas fr?n en reservoar, f?r att inte dumpa avfall varmvatten i en naturlig vattenbass?ng.

Effekten hos de st?rsta ?ngturbinerna n?r 1600 MW. Stadier av h?g, mellanliggande och l?gtryck kan utf?ras p? en rotor, och d? kallas turbinen f?r enaxlad. Men stora turbiner tillverkas ofta i en tv?axlad design: mellan- och l?gtrycksstegen ?r monterade p? en r?tor separat fr?n scenen. h?gt tryck. Maximal temperatur?ngan framf?r turbinen beror p? vilken typ av st?l som anv?nds f?r ?ngledningarna och ?verhettarna och ?r vanligtvis 540–565°C, men kan vara s? h?g som 650°C.

Reglering och f?rvaltning.

F?rst och fr?mst ?r det n?dv?ndigt att noggrant uppr?tth?lla standardfrekvensen f?r den genererade v?xelstr?mmen. Den aktuella frekvensen beror p? turbinens och generatoraxelns rotationshastighet, och d?rf?r ?r det n?dv?ndigt att reglera fl?det (fl?det) av ?nga vid turbininloppet i full ?verensst?mmelse med f?r?ndringar i den externa belastningen. Detta g?rs av mycket exakta datorstyrda regulatorer som verkar p? turbinens inloppskontrollventiler. Mikroprocessorstyrenheter koordinerar arbetet f?r olika enheter och delsystem i kraftverket. Datorer som finns i det centrala kontrollrummet startar och stoppar automatiskt ?ngpannor och turbiner och bearbetar data fr?n mer ?n 1 000 olika punkter i kraftverket. Automatiserade system kontrollsystem (ACS) ?vervakar synkronismen i driften av alla kraftverk i kraftsystemet och reglerar frekvensen och sp?nningen.

ANDRA TYPER AV KRAFTVERK

Vattenkraftverk.

Cirka 23 % av elen i v?rlden genereras av vattenkraftverk. De omvandlar den kinetiska energin fr?n fallande vatten till den mekaniska energin f?r turbinrotationen, och turbinen driver den elektriska maskinens str?mgenerator. V?rldens st?rsta vattenkraftsenhet ?r installerad i Itaipu vid floden. Parana, d?r det skiljer Paraguay och Brasilien. Dess effekt ?r 750 MW. Totalt 18 s?dana enheter har installerats vid Itaipu HPP.

Vattenkraftverk (PSPP) ?r utrustade med enheter (hydrauliska och elektriska maskiner), som genom sin design kan arbeta i b?de turbin- och pumpl?ge. Under l?glasttimmar pumpar PSPP, som f?rbrukar el, vatten fr?n nedstr?msreservoaren till uppstr?msreservoaren, och under timmar med ?kad belastning i kraftsystemet anv?nder den det lagrade vattnet f?r att generera toppenergi. Tid f?r uppstart och l?gesbyte ?r flera minuter.

Gasturbininstallationer.

GTU:er anv?nds ganska ofta i sm? kraftverk som ?gs av kommuner eller industrif?retag, s?v?l som som "peak" (backup) enheter - vid stora kraftverk. Br?nnolja eller naturgas, och h?g temperatur, h?gtrycksgas verkar p? turbinhjulen p? ungef?r samma s?tt som ?nga i en ?ngturbin. Den roterande rotorn i en gasturbin driver en elektrisk generator, liksom luftkompressor, som f?r den luft som beh?vs f?r f?rbr?nning till f?rbr?nningskammaren. Cirka 2/3 av energin absorberas av kompressorn; heta avgaser efter turbinen sl?pps ut i skorsten. Av denna anledning ?r effektiviteten i gasturbinanl?ggningar inte s?rskilt h?g, men kapitalkostnaderna ?r ocks? sm? i j?mf?relse med ?ngturbiner med samma effekt. Om gasturbinen endast anv?nds n?gra f? timmar per ?r under h?gtrafik, s? kompenseras de h?ga driftskostnaderna av l?ga kapitalkostnader, s? anv?ndningen av en gasturbin f?r att ge upp till 10 % av den totala kraftverksproduktionen ?r ekonomiskt m?jlig.

I kombinerade ?ng- och gasturbinkraftverk (CCP) leds gasturbinens h?gtemperaturavgaser inte till skorstenen utan till spillv?rmepannan som genererar ?nga f?r ?ngturbin. Effektiviteten f?r en s?dan installation ?r h?gre ?n den f?r den b?sta ?ngturbinen, taget separat (ca 36%).

Kraftverk med f?rbr?nningsmotorer.

Kommunala och industriella kraftverk anv?nder ofta diesel- och bensinf?rbr?nningsmotorer f?r att driva kraftgeneratorer.

F?rbr?nningsmotorer har l?g effektivitet, vilket ?r f?rknippat med detaljerna i deras termodynamiska cykel, men denna nackdel kompenseras av l?ga kapitalkostnader. Effekten hos de st?rsta dieselmotorerna ?r cirka 5 MW. Deras f?rdel ?r deras lilla storlek, vilket g?r att de kan placeras bekv?mt bredvid det str?mf?rbrukande systemet i kommunen eller i fabriken. De kr?ver inte stora m?ngder vatten, eftersom det inte ?r n?dv?ndigt att kondensera avgaserna; tillr?ckligt f?r att kyla cylindrarna och sm?rjoljan. I installationer med ett stort antal dieselmotorer eller bensinmotorer deras avgaser samlas i en uppsamlare och skickas till ?nggeneratorn, vilket avsev?rt ?kar den totala effektiviteten.

K?rnkraftverk.

Vid k?rnkraftverk genereras el p? samma s?tt som vid konventionella v?rmekraftverk som f?rbr?nner fossila br?nslen – med hj?lp av elektriska maskingeneratorer som drivs av ?ngturbiner. Men ?ngan h?r produceras genom klyvning av isotoper av uran eller plutonium under loppet av en kontrollerad kedjereaktion som ?ger rum i k?rnreaktor. Kylv?tskan som cirkulerar genom reaktorh?rdens kylbana tar bort det frigjorda reaktionsv?rmet och anv?nds direkt eller genom v?rmev?xlare f?r att producera ?nga, som matas till turbinerna.

Kapitalkostnaden f?r att bygga ett k?rnkraftverk ?r extremt h?g j?mf?rt med den f?r ett kraftverk som eldar fossila br?nslen med samma kapacitet, i genomsnitt cirka 3 000 USD/kWh i USA, medan 600 USD/kWh f?r koleldade kraftverk. Men k?rnkraftverk f?rbrukar mycket sm? m?ngder k?rnbr?nsle, vilket kan ha stor betydelse f?r l?nder som annars skulle beh?va importera konventionellt br?nsle. K?RNFISSION; K?RNKRAFT; KRAFTINSTALLATIONER OCH MOTORER.

Sol-, vind-, geotermiska kraftverk.

Solenergi omvandlas direkt till elektricitet av fotovoltaiska halvledarstr?mgeneratorer, men kapitalkostnaderna f?r dessa omvandlare och deras installation ?r s?dana att kostnaden f?r installerad kapacitet ?r flera g?nger h?gre ?n vid v?rmekraftverk. Det finns ett antal stora solkraftverk i drift; den st?rsta av dem, med en kapacitet p? 1 MW, ligger i Los Angeles (Kalifornien). Konverteringsgraden ?r 12–15 %. solstr?lning kan ocks? anv?ndas f?r att generera el genom att koncentrera solstr?lar med hj?lp stort system speglar, styrda av en dator, p? en ?nggenerator installerad i dess mitt p? tornet. En pilotanl?ggning av detta slag med en kapacitet p? 10 MW byggdes i st. New Mexico. Solkraftverk i USA genererar cirka 6,5 miljoner kWh per ?r.

Byggarna av 4 MW vindkraftsparker byggda i USA har st?llts inf?r m?nga utmaningar p? grund av sin komplexitet och stora storlekar. Ett antal "vindf?lt" har byggts i Kalifornien, med hundratals sm? vindkraftverk kopplade till det lokala eln?tet. Vindkraftsparker l?nar sig bara om vindhastigheten ?r mer ?n 19 km/h och vindarna bl?ser mer eller mindre konstant. Tyv?rr ?r de mycket bullriga och kan d?rf?r inte placeras i n?rheten av bebyggelse.

Geotermisk kraft diskuteras i artikeln ENERGIRESURSER.

KRAFT?VERF?RING

Den elektricitet som genereras av generatorn f?rs till upptrappningstransformatorn genom massiva, styva koppar- eller aluminiumledare som kallas samlingsskenor. Samlingsskenan f?r var och en av de tre faserna ( se ovan) ?r isolerad i en separat metallmantel, som ibland ?r fylld med isolerande SF6-gas (svavelhexafluorid).

Transformatorer h?jer sp?nningen till de v?rden som ?r n?dv?ndiga f?r effektiv ?verf?ring av el ?ver l?nga avst?nd.

Generatorer, transformatorer och samlingsskenor ?r sammankopplade genom h?gsp?nningsfr?nskiljare - manuella och brytare, vilket g?r det m?jligt att isolera utrustning f?r reparation eller utbyte och skydda den fr?n str?mmar kortslutning. Skydd mot kortslutningsstr?mmar tillhandah?lls av str?mbrytare. I oljebrytare sl?cks ljusb?gen som uppst?r n?r kontakterna ?ppnas i olja. I luftbrytare bl?ses ljusb?gen ut med tryckluft eller s? appliceras "magnetisk bl?sning". De senaste ljusb?gssl?ckarna anv?nder SF6-gasens isolerande egenskaper.

Elektriska reaktorer anv?nds f?r att begr?nsa styrkan hos kortslutningsstr?mmar som kan uppst? vid olyckor p? kraftledningar. Reaktorn ?r en induktor med flera varv av en massiv ledare, kopplad i serie mellan str?mk?llan och lasten. Den s?nker str?mmen till en niv? som ?r acceptabel f?r str?mbrytaren.

Ur ekonomisk synpunkt tycks det vid f?rsta anblicken mest ?ndam?lsenligt vara den ?ppna placeringen av de flesta av kraftverkets h?gsp?nningsbussar och h?gsp?nningsutrustning. SF6-isolerade metallkapslingar anv?nds dock alltmer. S?dan utrustning ?r extremt kompakt och tar upp 20 g?nger mindre utrymme?n motsvarande ?ppen. Denna f?rdel ?r mycket betydande i fall d?r kostnaden ?r h?g. tomt eller n?r det kr?vs f?r att ?ka kapaciteten hos ett befintligt inomhusst?llverk. Dessutom mer p?litligt skydd?nskv?rt d?r utrustning kan skadas p? grund av allvarliga luftf?roreningar.

F?r ?verf?ring av el ?ver ett avst?nd, luft och kabellinjer kraft?verf?ringsledningar, som tillsammans med elektriska transformatorstationer bildar elektriska n?t. nakna ledningar luftledningar upph?ngda med hj?lp av isolatorer p? st?d. Underjordiska kabel?verf?ringsledningar anv?nds i stor utstr?ckning vid konstruktion av kraftn?t i st?der och st?der. industrif?retag. M?rksp?nning f?r luftledningar - fr?n 1 till 750 kV, kabel - fr?n 0,4 till 500 kV.

KRAFTF?RDELNING

P? transformatorstationer sp?nningen reduceras successivt till den niv? som ?r n?dv?ndig f?r distribution till str?mf?rbrukningscentraler och slutligen till enskilda konsumenter. H?gsp?nningsledningar genom brytare ?r anslutna till distributionscentralens samlingsskena. H?r s?nks sp?nningen till de v?rden som st?llts in f?r huvudn?tet, som distribuerar el l?ngs gator och v?gar. Huvudn?tets sp?nning kan vara fr?n 4 till 46 kV.

Vid transformatorstationer i huvudn?tet f?rgrenas energin till distributionsn?tet. N?tsp?nningen f?r privata och kommersiella konsumenter ligger mellan 120 och 240 V. Stora industrif?rbrukare kan f? el upp till 600 V, samt fr?n fler h?gsp?nning- p? en separat linje fr?n transformatorstationen. Distributionsn?tverket (overhead eller kabel) kan organiseras i en stj?rna, ring eller ett kombinerat schema, beroende p? lastdensiteten och andra faktorer. Kraft?verf?ringsn?t f?r n?rliggande elkraftf?retag allm?nt bruk f?renade i ett enda n?tverk.

N?tverkseffektivitet i l?ge maximala belastningar:

d?r DР с - totala aktiva effektf?rluster i alla n?tverkselement i l?get f?r maximal belastning

Genomsnittligt viktat n?tverkseffektivitet f?r ?ret:

d?r E ?r m?ngden el som konsumenterna f?r under ett ?r.

%.

B?da n?tverkens effektivitet ?verstiger 97 % (energif?rlusterna ?verstiger inte 3%), vilket ?r acceptabelt n?r det g?ller n?tverkseffektivitet.

Ber?kning av kostnaden f?r ?verf?ring och distribution av el.

Kostnaden f?r ?verf?ring och distribution av el genom n?tet:

S?ledes ?r kostnaden f?r ?verf?ring och distribution 9,2 kopek/kWh till elpriset p? 1 rub/kWh (det vill s?ga 3% av tariffen), vilket ?r acceptabelt ur n?tverkets effektivitetssynpunkt.

SLUTSATS

Under utvecklingen av detta kursprojekt utvecklades den optimala versionen av eln?tet.

Fr?n flera alternativ valdes tv? olika n?tverksalternativ, n?mligen ett radiellt n?tverksschema och ett n?tverksschema med en ringformig sektion. Den genomf?rda genomf?rbarhetsstudien visade att den mest f?rdelaktiga ur synvinkeln av operativ effektivitet ?r n?tets radiella schema.

Sp?nningen f?r det designade n?tverket ?r 110-220 kV. Str?mf?rs?rjning sker fr?n transformatorstation A. Lastomr?det best?r av tre transformatorstationer, fr?n vilka f?rbrukare av den f?rsta, andra och tredje kategorin matas.

Str?mf?rs?rjningens tillf?rlitlighet s?kerst?lls genom att l?gga dubbelkretsledningar och installera tv? transformatorer vid varje transformatorstation. F?r 220 kV-linjen valdes st?d f?r dubbla kretsar av st?l och s?dana med dubbla kretsar (p? 110 kV-ledningen) armerade betongst?d. Tv?rsnitten av ledningarna p? linjerna valdes med h?nsyn till den ekonomiska str?mt?theten och testades mot den till?tna ?verbelastningsstr?mmen.

Kvalitet elektrisk energi, som kr?vs av GOST 13109-97, tillhandah?lls med hj?lp av lindningskopplare f?r alla transformatorer och anv?ndningen av linj?ra styrtransformatorer LTDN-40000 p? l?gsp?nningsbussar PS 2. F?ljande transformatorer valdes f?r n?tverket: ATDCTN 125000/220/110 - f?r korsningstransformatorstationen,

TRDN-25000/110 - f?r PS1, TDN-10000/110 - f?r PS3.

Stabila regimer ber?knades med hj?lp av programmet "Energi". Vid analys av de erh?llna resultaten visade det sig att det designade n?tet uppfyller kraven f?r det.

F?r att kontrollera korrektheten av ber?kningen uppr?ttades en balans mellan aktiv och reaktiv effekt f?r maximi- och minimuml?gena.

Baserat p? resultaten av den mekaniska ber?kningen av ledningarna i 110 kV-?verf?ringsledningen som f?rbinder SS2 och SS3, PB 110-8 st?der 24,5 meter h?ga med en sp?nnvidd p? 200 meter och en h?jd av 14,7 meter till den nedre traversen med polymerisolatorer. vald.

Som ett resultat av f?rstudien erh?lls f?ljande n?tverksindikatorer:

1. Totala kapitalinvesteringar i n?tverket TILL N?TVERKET = 3317600 tusen rubel.

2. Totala kostnader f?r n?tverksdrift Och ? =48236.406 tusen rubel/?r.

3. Effekt- och energif?rluster i n?tet DP ? =2,86 MW, DE=10574,426 MWh.

4. Kostnaden f?r energi?verf?ring b = 9,2 kop/kWh.

5. N?tverkseffektivitet =98%.

Baserat p? det faktum att den valda varianten av eln?tet uppfyller de krav som st?lls p? det, anser vi att det ?r optimalt.

Bibliografi

1. Designguide elektriska n?tverk. Redigerad av D.L. Faibisovich. - M.: F?rlag av NC ENAS, 2005 - 320 sid. sjuk.

2. Regler f?r installation av elektriska installationer. - 7:e uppl., reviderad. och ytterligare – M.: Energoatomizdat, 2003. – 648 sid.

3. Valet av krafttransformatorer av transformatorstationer av kraftsystem och industrif?retag, med h?nsyn tagen till?tna belastningar. Riktlinjer. B.Ya. Prakhin. - Ivanovo; IEI, 1999

4. Handledning f?r kursarbetet "designa ett eln?t". A.E. Arzhannikova, T.Yu. Mingaleva. - Ivanovo; 2014

5. Riktlinjer f?r ber?kning av steady-state regimer vid kursdesign av elektriska n?t. Bushueva O.A., Parfenycheva N.N. - Ivanovo: IGEU, 2004.

L?t oss f?rst kasta oss in i teorin, l?s den tekniska litteraturen, d?r vi f?r reda p? hur effektiviteten m?ts. Verkningsgrad (prestandakoefficient) ?r f?rh?llandet mellan nyttigt arbete och f?rbrukad energi. Effektivitet ?r en dimensionsl?s storhet och m?ts ofta i procent. I formlerna betecknas effektiviteten med bokstaven "Etta": \u003d A / Q, d?r A ?r det f?rbrukade arbetet och Q ?r den anv?ndbara v?rmen. I kraft av lagen om energibevarande ?r verkningsgraden alltid mindre ?n eller lika med ett, det vill s?ga det ?r om?jligt att f? mer nyttigt arbete ?n energin som g?r ?t, det finns inga pannor med 100% verkningsgrad som inte v?rmer n?gonting men vatten. ?ven en elpanna, d?r det inte finns n?gon skorsten och v?rmeelementet ?r placerat direkt i den uppv?rmda kylv?tskan, kan inte ge ett 100% resultat, eftersom en del av energin g?r ?t till sekund?ra ?ndam?l - uppv?rmning metalldelar panna, uppv?rmning av tr?den fr?n pannan till uttaget osv.

Begreppet effektivitet ?r direkt relaterat till begreppen energi och kraft. N?r det g?ller v?rmeapparater ?r energiinneh?ll eller v?rmeinneh?ll (kWh) ett begrepp relaterat till m?ngden br?nsle (ved, gas, el), och effekt (kW) ?r ett begrepp relaterat till l?gans dimensioner (dimensioner). v?rmeelement) och br?nslef?rbr?nningshastighet.

Effektiviteten hos en panna, kamin eller eldstad best?ms av f?rh?llandet mellan m?ngden frigjord energi och m?ngden frigjord energi som anv?nds i praktiken. Till exempel effektivitet fastbr?nslepanna k?nnetecknar vilken del (i %) av det totala energiinneh?llet i ved som kan styras n?r det f?rbr?nns f?r att v?rma vatten i v?rmesystemet i f?rh?llande till den energi som gick till andra ?ndam?l, till exempel f?r att v?rma skorstenen, luften i det, en del av tr?et f?rblir of?rbr?nt i form av kol, flygaska, obr?nnbara gaser.

Begreppet f?rlust ?r ocks? f?rknippat med v?rdet av effektivitet. Till exempel om f?rluster influensa gaser(dvs m?ngden energi som g?r f?rlorad med r?kgaser) ?r 20 %, d? kan v?rmarens verkningsgrad inte vara mer ?n 80 %. Total verkningsgrad ?r summan av tv? storheter: f?rbr?nningseffektivitet och r?kgasf?rlust.

Till exempel, om f?rbr?nningseffektiviteten ?r 90 % och r?kgasf?rlusterna ?r 20 %, kommer den totala verkningsgraden f?r denna h?rd att vara lika med

0,9 * (1 – 0,2) = 72%.

Effektivitetsfaktorn ?r inte bara inneboende f?r v?rmeanordningen. V?rmesystemet som helhet har ocks? en effektivitet, och ofta "lider denna indikator", vilket omintetg?r allt arbete med energibesparing. V?rmesystemets effektivitet som helhet visar hur mycket varmvattenenergi som g?r ?t till att v?rma upp luften i rummet som du v?rmer, i f?rh?llande till energin som v?rmer r?r, v?ggar, luft som inte beh?ver v?rmas m.m. . V?rmesystemets effektivitet kan ?kas till exempel genom att v?rmeisolerande r?r passerar igenom ouppv?rmda lokaler, genom att minska avst?ndet fr?n pannan till slutpunkten f?r energif?rbrukningen, genom att modernisera v?rmesystemet.

Energif?rbrukningen f?r uppv?rmning av "extra" ytor kallas v?rme?verf?ringsf?rluster. Till exempel, om en v?rmeapparat (med en verkningsgrad p? 72%) ?r ansluten till ett v?rmesystem d?r v?rme?verf?ringsf?rlusterna ?r 8%, d? verkningsgraden f?r hela v?rmesystem kommer vara

0,72 * (1 – 0,08) = 66%.

N?r du anv?nder v?rmesystemets fulla effektivitet kan du faktiskt ber?kna erforderligt belopp br?nsle f?r uppv?rmning av hela byggnaden. Till exempel, f?r uppv?rmning av ett bostadshus med en yta p? 380 m2, ?r det m?natliga energibehovet cirka 13 500 kWh, v?rmesystemets fulla verkningsgrad tas som 66%, fr?n vilket vi ber?knar det faktiska br?nslebehovet:

13500 / 0,66 = 20500 kWh.

Om energiinneh?llet i 1 kg ved ?r cirka 4 kWh, b?r den m?natliga tillf?rseln av ved vara

20500 / 4 = 5125 kg,

de d?r. 8-10 m3 ved.

Andra komponenter i ett effektivt v?rmesystem

Om du st?r inf?r uppgiften att snabbt v?rma luften i husets rum, m?ste du prata om v?rmesystemets effektivitet. Och det h?r handlar inte om en v?rmeanordning, utan om en anordning som anv?nder energin fr?n kylv?tskan f?r att v?rma luften - radiatorer, golvv?rmesystem, etc. Ju snabbare radiatorn kommer att producera v?rmev?xling mellan vatten och luft, desto effektivare blir hela systemet som helhet.

N?rvaron av ett effektivt v?rmesystem, f?rutom "gl?djen", medf?r ocks? "problem". N?r allt kommer omkring ?r det n?dv?ndigt att se till att radiatorn, som omvandlar vattnets v?rme till varm luft, inte kyler sig sj?lv och att vattnet vid kylarens utlopp inte ?r f?r kallt, annars kommer pannan att fungera f?r slitage, och det h?r ?r oacceptabelt. I dessa "besv?r" ?r det till stor hj?lp cirkulationspump, uppr?tth?lla en s?dan vattencirkulationshastighet som g?r att radiatorerna kan h?llas i r?tt l?ge temperaturregim, och ?terf?r vattnet till pannan utan underkylt.

H?r ?r det omedelbart eliminerat hela raden v?rmesystem baserade p? naturlig cirkulation kylv?tska. Dessa system ?r ineffektiva. De ?r ineffektiva fr?mst p? grund av sin tr?ghet: h?r beror cirkulationshastigheten direkt p? vattentemperaturen. F?rst v?ntar vi tills vattnet i pannan v?rms upp, n?r det v?rms upp b?rjar det l?ngsamt r?ra sig uppf?r stigaren och d?rifr?n genom radiatorerna. Men efter att ha n?tt dem saktar processen ner igen: varmt vatten i kylaren ?r p? toppen kommer den inte att falla ner f?rr?n den svalnar. Vad ?r effektiviteten h?r?

S? vi kom p? det - genom att sl? p? cirkulationspumpen eliminerade vi alla naturliga pluggar som ?r f?rknippade med temperaturskillnaden. Nu cirkulerar eventuellt vatten i v?rt system – kallt, varmt, v?ldigt kallt och v?ldigt varmt, oavsett om det hunnit svalna eller v?rmas upp – vattnet g?r in i systemet och g?r tillbaka till pannan med samma hastighet.