ЭЛЕКТР ЭНЕРГИЯСЫН ӨНДІРУ. Электротехника 14 апта. Электр энергетикасы
 Скачать 0.54 Mb.
|
|
Электр энергиясын өндіру Электр энергетикасы — энергетиканың басты құрастырушысы, оның басты міндеті — электр энергиясының тұтынушыларын электрлік энергиямен жабдықтау үшін электр энергиясын тиімді жолмен өндіру, тарату және үлестіру. Электрлік энергияның маңызды өзгешілігі — оны бір уақытта өндіріп, сол уақытта тұтынуға болатындығы. Бұл сала кез келген елдің әлеуметтік және эконономикалық дамуының маңызды бөлігі, себебі электр энергиясының энергияның басқа тасымалдаушыларынан көрі бірқатар ерекшеліктері бар: үлкен қашықтыққа таратудың, тұтынушылар арасында үлестірудің және энергияның басқа түрлеріне (механикалық, жылулық, химиялық, жарықтық және басқа да…) түрлендірудің салыстырмалы жеңілдігі. Электрлік энергияның маңызды өзгешілігі — оны бір уақытта өндіріп, сол уақытта тұтынуға болаты. Электр энергиясының негізгі өндірушілері Жылу электрлік стансасы (ЖЭС): Күн электрлік стансасы (КЭС); Жылу электрлік стансасы (ЖЖЭС); Атомдық электрлік стансасы (АЭС). Су электрлік стансасы (СЭС): Электр энергиясын өндіру. Электр энергиясын үлкенді-кішілі электр станцияларында негізінде электр механикалық индукциялық генераторлар арқылы өндіріледі. Электр станциясының негізгі екі түрі бар:жылу және гидроэлектр станциялары. Бұл электр станциялардың бір-бірінен айырмашылығы генератордың роторын айналдыратын қозғалтқыштарының әр түрлілігінде. Жел энергетикасы — жел энергиясын механикалық, жылу немесе электр энергиясына түрлендірудің теориялық негіздерін, әдістері мен техникалық құралдарын жасаумен айналысатын жаңартылатын энергетиканың саласы. Жел энергетикасын пайдаланудың даму тарихы. Бірнеше мыңдаған жылдар бойы адамдар желді – энергия көзі ретінде пайдаланған. Ертедегі мысырлықтар 5 мың жыл бұрын жел энергиясын пайдаланып желкен көмегімен жүзген. Біздің заманымыздың 700 жылдары қазіргі Ауғанстан жерінде тік бекітілген осі бар жел машинасымен дақылдарды ұнтақтау үшін қолданған. Жерорта теңізінде орналасқан Крит аралында ұзын мұнараға бекітілген жел күшімен қозғалатын диірмен жер суландыру жүйесінің жұмысын атқарған. 14 ғасырда голландықтар жел диірменін жетілдіріп, дәнді-дақыл өнімдерін ұнтақтау үшін қолданды. Жұмыс істеу принципі. Жел дөңгелегі электр тогының генераторы динамомашинаны іске қосады, ал ол параллель қосылған аккумуляторды зарядтайды. Аккумуляторлық батарея генератордың клеммаларындағы кернеу аккумулятордың клеммаларындағы кернеуден үлкен болған автоматты түрде ажыратылады. Артықшылықтары. Шикізатты сатып алу-тасымалдаудың, қалдықтарды шығарудың қажеті жоқ; Электр қуатын беруші компаниялардан дербестік қамтамасыз етілген; Ластаушы қалдықтар жоқ; Табиғи ресурстар үнемделеді; Отын, электр қуатының шығындары қысқарады; Атмосфералық жылулық балансқа әсер етпейді; Табиғаттың оттек қорын сақтайды; Кемшіліктері. Жел қондырғыларының жұмысы эфир кедергілерін тудырады; Пайда болатын шу адамның және жануарлар әлемінің денсаулығына кері әсерін тигізеді; Жұмыстың тұрақсыздығы, энергияның берілуі бір қалыпты емес; Үлкен аумақты қажет етеді; Қымбат. Құрылысы (2-сурет). Желтурбинасының қозғалатын бөлігін ротор деп атаймыз. Ротор жел ағының энергиясын көп қамтыса, соғұрлым көп электро энергия өндіреді. Ротордың ауданы ротордың диаметрінің ауданының квадратына тура пропорционал, жел- қондырғысының өлшемдерін екі есе арттырып, төрт есе энергия өндіріп алуға болады. Желқондырғысының өлшемдерін өзгерте отырып, энергияны қалағанымызша өндіреміз деп айтуға жеңіл. Экологияға әсері. Желэнергетикасы дамуының зиянды да әрекеті бар. Желқондырғылардың айналып тұратын қалақшалары, механизмі, айнала ортаға дыбыс шуын шығарады, бұл адам организміне зиянды әрекетін тигізеді. Құстар жоғары кернеу жиліктері мен антеннамен, ғимрат терезелерімен, кейде автомобиль терезесімен соқтығысып мертігіп жатады. Кейбір желқондырғысы мұнарасының жоғары жағында қонақтайды, бұл бұлардың өміріне қауіп әкеледі. Желқондырғысының металл бөліктері айналғанда қуатты дыбыс тербелістерін туғызады, сол маңайдағы радиотолқындармен жұмыс істейтін телевизиялық радио және радарлық құрылғыларға кері әсерін тигізеді.   1-сурет. Жел энергетикасы. 2-сурет. Құрылысы. Күн энергетикасы дегеніміз – дәстүрлі емес энергетика бағыттарының бірі. Ол күннің сәулеленуін пайдаланып қандай да бір түрдегі энергияны алуға негізделген. Күн энергетикасы энергия көзінің сарқылмайтын түрі болып табылады, әрі экологиялық жағынан да еш зияны жоқ. Күннің сәулелену – Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Пайдаланылуы. Электрэнергиясын және жоғары температуралы жылу өндіретін гелиоэлектростанциялар, күн элементтері мен батареялары, үй-жайларды, жылыжайды және т.б. жылыту мақсатымен төмен температуралы жылу алу үшін қолданылады. Жұмыс істеу принципі. Жартылай өткізгіш - бұл атомдарда немесе артық электрондар болатын материал (n-типті), немесе керісінше, олар жеткіліксіз (p-типті). Тиісінше, жартылай өткізгіш фотоэлемент әр түрлі өткізгіштігі бар екі қабаттан тұрады. N-қабаты катод ретінде, ал p-қабаты анод ретінде қолданылады. N қабатынан артық электрондар өз атомдарын қалдыра алады, ал р қабаты бұл электрондарды ұстап алады. Дәл осы жарық сәулелері n-қабат атомдарынан электрондарды «қағып шығарады», содан кейін олар бос орындарды иемдену үшін p қабатына ұшады. Осылайша электрондар шеңбер бойымен жүгіріп, p-қабатынан шығып, жүктеме арқылы (бұл жағдайда, батарея) және n-қабатқа оралады. Артықшылықтары: күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді; ол сарқылмайды; қоршаған ортаға қауіпсіз. Кемшіліктері: ауа райы мен тәуліктің уақытына тәуелді; күн энергиясын алу үшін қолданылатын құрылғылардың қымбаттылығы; оны шағылдыратын бетті периодты түрде тазалап отыру қажет; электр станциясының жанында атмосфера ысып кетеді; энергияны аккумуляциялау қажет. Күн энергиясының құрылысы 4,5-суреттерде көрсетілген.  3-сурет. Күн энергетикасы.   4,5 -сурет. Күн энергетикасының құрылысы. Су энергетикасы (гидроэнергетика; грек, "һydor" — су, ылғал, energia — қызмет, әрекет) — бөгет салу арқылы немесе бөгетсіз ағын судан энергия алу. Су энергетикасын пайдаланудың даму тарихы. Су - бұл алғашқы энергия көзі, және мүмкін, адамдар судың қуатын пайдаланған алғашқы машина - бұл қарабайыр су турбинасы. 2000 жылдан астам уақыт бұрын Таяу Шығыстағы таулы аудандар су дөңгелегін жүздері бар білік түрінде қолданған. Жұмыс істеу принципі. Қазіргі су электр станциясында судың массасы турбина қалақтарына үлкен жылдамдықпен ағады. Бөгеттен су ағады - қауіпсіздік торы мен реттелетін қақпа арқылы - болат құбыр арқылы турбинаға, оның үстіне генератор орнатылған. Судың механикалық энергиясы турбинамен генераторларға беріледі және электр энергиясына айналады. Жұмыс аяқталғаннан кейін су жылдамдығын жоғалтып, біртіндеп кеңейіп жатқан тоннель арқылы өзенге құяды. Су электр станциялары қуаттылығы бойынша кіші (белгіленген электр қуаты 0,2 МВт-қа дейін), кіші (2 МВт-қа дейін), орташа (20 МВт-қа дейін) және үлкен (20 МВт-тан жоғары) болып жіктеледі. Су электр станциялары бөлінетін екінші критерий - бас. Төмен қысымды гидроэлектростанциялар (басы 10 м дейін), орташа бас (100 м дейін) және жоғары бас (100 м-ден жоғары) электр станциялары бар. Сирек жағдайларда жоғары қысымды гидроэлектрстанцияларының бөгеттері 240 м биіктікке жетеді.Мұндай бөгеттер су энергиясын турбина алдына шоғырландырады, су жинап, оның деңгейін көтереді. Артықшылығы: арзан, ауаны ластамайды,сарқылмайды. Кемшілігі: балық санының азаюы, өзендердің ластануы, топырақтың сусыздануы, құстар мен жануарлардың азаюы, егістіктерді су басуы. Су энергетикасының экологиялық мәселелері. Гидроэнергетиканың ең маңызды салдарының бірі су қоймасының астындағы құнарлы жердің ірі учаскелерін иеліктен шығарумен байланысты. Гидроресурстар арқылы алынған энергия, салыстырмалы арзандығына қарамастан, энергетикалық баланстағы үлесі біртіндеп азайып келеді. Болашақта ГЭС әлемдік энергия өндіруші жалпы өндірістің 5%-ын ғана құрайды деп болжам жасалуда.Болашақта Гидроэлектростанцияларда энергия өндірісі жалпы көлемнен 5% аспайды деп есептеледі. Су қоймаларының атмосфералық үдерістерге де біршама әсері бар.   6-сурет. Су энергетикасы. 7-сурет. СЭС-тің құрылысы. Атом электр станциясы (АЭС), ядролық электр станция — атом ядросының энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғы. АЭС ядроның нейтрондармен әсерлесуінен туатын энергия көмегімен жұмыс істейді. Атом энергетикасын пайдаланудың даму тарихы. Біздің елімізде негізгі энергия көзі ретіндегі ресурстар көмір, мұнай, газ болып саналады. көріп отырғанымыздай бұл ресурстар сарқылатын, орнына қайтып келмейтін ресурстар болып табылады. Сондықтан энергияның басқа көздерін, яғни жаңартылған энергия көздерін игеруді ойластыру керек. Жаңартылған энергия көздерінің ішінде ең тиімдісі – атом энергиясы. Атом энергиясын алу үшін уран қолданылады және бізге арзан және көп энергия береді. Жұмыс істеу принципі. АЭС ядроның нейтрондармен әсерлесуінен туатын энергия көмегімен жұмыс істейді. Ядролық реакторда жылу шығарғыш элемент — цилиндр немесе пластинка түріндегі ядролық отын, нейтрондарды баяулатқыш және бөлінген жылуды тасушы заттар орналасады. Реакторда бөлінген жылу жылуалмастыру қондырғысына беріледі. Соңғы екі қондырғы АЭС-ның ішкі тұйық контурын құрайды. Жылуалмастырғыш арқылы жылу сыртқы контурға бу түрінде беріледі. Бу турбинаны қозғап, электр генераторын жұмысқа келтіреді. Осы заманғы АЭС-ларындағы турбиналар аса қыздырылған бумен жұмыс істейді. Ядролық отын ретінде уран (233U, 235U, 238U), плутоний (239Pu ), торий (232Th) изотоптары пайдаланылады. Бұлардың жылу шығарғыштық қабілеті өзара бірдей, ал кәдімгі отыннан (көмір, мұнай, газ) бірнеше млн. есе артық. Артықшылығы: қуаты үлкен, бағасы арзан, қоры үлкен, салыстырмалы түрде зияны аз. Кемшіліктері: қауіпті, технологиясы енді даму үстінде. Экологияға әсері. АЭС- тің қоршаған ортаға әсері. АЭС – ЖЭС сек ілді көп зиянды шығарындылар шығармайды. Бірақ аздап радиоактивті изотоптар (көміртек, стронций, криптон) шығарады. Авария орын алмаған жағдайда. Сонымен қатар су бассейніне жылулық шығарындылар ЖЭС-қа қарағанда 3 есе көп мөлшерде шығарады. АЭС-тің тағы бір әсері ол әр түрлі радиоактивті шығарындылар. Оның 3 түрі бар: газтектес, сұйық, қатты. Қоршаған ортаны газтектес вентиляциялық труба арқылы радиоктивті шығарындылар ЖЭС-қа қарағанда ШРК-дан аздаған мөлшерде ғана асады. АЭС-та пайдаланылған төмен активті радиоактивті ластанған слуар дезактивацияланып екінші рет пацдаланылады. Шығарылатын инертті газдардың негізгісі криптон-85 болып табылады. АЭС-тің әсерінен ол атомферада 5%-ға өседі. Тағы бір осындай шығарындыға көміртек-14 жатады. АЭС суды көп пайдаланады.   8-сурет. Атом электр станциясы. 9-сурет. АЭС-тың жұмыс істеу принципі. Жылу энергетикасы — жылудың энергияның басқа түрлеріне (мех., электрлік, гидравликалық, т.б.) түрленуін зерттейтін жылу техникасының саласы. Жылуды электр энергиясына түрлендіру жылу электр стансасында жүзеге асырылады. Ол үшін бұларда отын жанғанда немесе ядр. отын ыдырағанда бөлінетін энергия, сондай-ақ, Жер қойнауының қызуы мен Күн радиациясы энергиясы пайдаланылады. Жылу энергиясынан мех. жұмыс алу үшін қолданылатын негізгі энергет. агрегат – жылу қозғалтқышы. Жылу энергетикасын пайдаланудың даму тарихы. Қазақстан Республикасында жылу энергиясы 42 ірі орталықтан жылумен қамтамасыз ету жүйесімен, ал қалған жылу көлемі 30 ірі аудандық қазандықтар арқылы өндіріледі. Қазақстанның оңтүстік өңірлерінде жылыту мерзімінің ұзақтығы шамамен жылына 3500-4000 сағатты құрайды, сыртқы ауаның орташа температурасы -2°С. Ал солтүстік өңірлерде сыртқы ауаның орташа температурасы 8°С, жылыту мерзімінің ұзақтығы шамамен жылына 5000 сағаттан асады. Артықшылығы: экологиялық жағдайы жақсы қарастырылған, табиғи кен байлықтары, көмір, газ, мұнай өнімдеріне тәуелсіз, объектілерге, яғни ғимараттарға жүйені орнатып болғасын, оның эксплуатациясы өте қарапайым және автоматтандырылған, жылуды реттеудің автоматтандырылған жүйесі бар, бірнеше жыл өткесін өзінің құнын қайтарып алатын мүмкіндігі бар. Кемшіліктері: инновациялық жобаларды жүзеге асыру үшін бизнес жоспарлаудың жоқтығы мен ұйымдастыру жолына қойылмағандығы, жоба құнының қымбат болуы, соның салдарынан тұтынушылар жаппай қолдана алмауы.  10-сурет. Жылу энергиясы орталығы. |