asyan.org
добавить свой файл
1
Урок 27-28 Передача електроенергії на відстань. Альтернативні джерела.

Дата проведення: __________________________________
Мета уроку: Узагальнити знання учнів з теми «Змінний струм», познайомити з сучасними проблемами електроенергетики, та шляхами їх розв’язання. Розвивати матеріалістичний світогляд учнів шляхом ознайомлення з глобальними проблемами цивілізації. Виховувати свідомість учнів та наполегливість в навчанні.

Обладнання: Комп’ютер, презентація «Електроенергія».

Тип уроку: узагальнюючий урок.

Метод: бесіда.

Хід уроку:

І частина

1. Актуалізація опорних знань. Провести фронтальне опитування учнів з метою повторення основних моментів пройденої теми. Форма: фізичний диктант.

2. Пояснення нового матеріалу. Провести аналіз існуючих на цей день електростанцій.

Електричні станції. Передача і використання електричної енергії.
На сьогоднішній день є чимало способів виробляти електроенергію, але до основних джерел виробництва електричної енергії прийнято відносини ТЕС (теплові електростанції – отримання енергії за рахунок спалювання вугілля, газу або нафтопродуктів), ГЕС (гідроелектростанції – отримання електроенергії за рахунок перепаду рівня води, яка обертає гідротурбіни), АЕС (атомні електростанції – відносно нові, але досить поширені електростанції, які дають змогу отримувати з атомної енергії електроенергію). Передача електроенергії здійснюється за допомогою ЛЕП (ліній електропередач). Без електроенергії не зможе розвиватися практично жодна з сучасних галузей народного господарства: фабрики, заводи, ферми, дослідні інститути, лікарні – всі вони використовують електричну енергію. Електрична енергія живить ЕОМ, верстати, освітлювальні прилади в хірургічних, апарати, які підтримують штучне дихання, електропотяги тощо. Без електроенергії можна прожити, але це життя буде вже не цивілізованого, а первісно-общинного суспільства. За виробництвом електроенергії перед у світі веде теплоенергетика. У розташуванні теплоелектростанцій, що працюють на різних видах палива, є своя специфіка. У країнах, які мають великі розробки вугілля, потужні конденсаційні електростанції, що його використовують, прив'язані саме до цих розробок. Гідроенергетика має великі перспективи розвитку. Питома вага гідроенергії у світовому енергетичному балансі на середину 90-х років дорівнювала 20%. ГЕС є однією з найефективніших джерел, де видобувають у 5-6 разів дешевшу електроенергію. ККД ГЕС складає біля 80%. Попри гідроенергетичне будівництво, що триває в усьому світі, роль ГЕС в енергопостачанні постійно зменшується. Це пояснюється вищими темпами спорудження ТЕС, що працюють на мінеральному паливі.
Атомна енергетика стала окремою галуззю енергетики після другої світової війни. Сьогодні вона відіграє важливу роль в електроенергетиці багатьох країн світу. Атомні електростанції (АЕС) використовують транспортабельне паливо — уран, їх розташовують незалежно від паливно-енергетичного фактора та орієнтують на споживачів у районах з напруженим паливно-енергетичним балансом. Роль атомних електростанцій безперервно зростає. Станом на 1995 рік у світі вже працювало 428 реакторів загальною потужністю 358 млн кВт, 108 реакторів 30 % потужностей) було в США, 55 (17 % потужностей) - у Франції, 49 (10 % потужностей) - в Японії, більш як по 10 реакторів мали ФРН, Канада, Великобританія, Росія, Україна, Швеція та Республіка Корея (кожна з країн 4-6 %світових потужностей АЕС). В окремих країнах частка електроенергії, що виробляється на атомних станціях, винятково велика. Так, у Франції АЕС виробляють 3/4 електроенергії країни, в Бельгії та Литві - 3/5, в Україні, Швеції, Угорщині, Словаччині і Республіці Корея - понад 1/3. Видобуток урану для атомної енергетики світу зосереджений у невеликій групі країн: Канаді, ПАР, Австралії СІЛА, Нігері, Франції, ФРН, Україні, Казахстані, Узбекистані. Гідроенергетичні технології мають багато переваг, але є й значні недоліки. Приміром, дощові сезони, низькі водні ресурси під час засухи можуть серйозно впливати на кількість виробленої енергії. Це може стати значною проблемою там, де гідроенергія складає значну частину в енергетичному комплексі країни; будівництво гребель є причиною багатьох проблем: переселення мешканців, пересихання природних русел річок, замулення водосховищ, водних суперечок між сусідніми країнами, значної вартості цих проектів. Будівництво ГЕС на рівнинних річках призводить до затоплення великих територій. Значна частина площі водойм, що утворюються, — мілководдя. У літній час за рахунок сонячної радіації в них активно розвивається водяна рослинність, відбувається так зване «цвітіння» води.

Гідроелектростанції.




Зміна рівня води, яка подекуди доходить до повного висушування, призводить до загибелі рослинності. Греблі перешкоджають міграції риб. Багатокаскадні ГЕС уже зараз перетворили річки на низку озер, де виникають болота. У цих річках гине риба, а навколо них змінюється мікроклімат, ще більше руйнуючи природні екосистеми.

Теплоелектростанції.




Щодо шкідливості ТЕС, то під час згоряння палива в теплових двигунах виділяються шкідливі речовини: закис вуглецю, сполуки азоту, сполуки свинцю, а також виділяється в атмосферу значна кількість теплоти. Крім того, застосування парових турбін на ТЕС потребує відведення великих площ під ставки, в яких охолоджується відпрацьована пара. Щорічно у світі спалюється 5 млрд. тонн вугілля і 3,2 млрд. тонн нафти, це супроводжується викидом в атмосферу 2-10'°Дж теплоти. Запаси органічного палива на Землі розподілені вкрай нерівномірно, і за теперішніх темпів споживання вугілля вистачить на 150—200 років, нафти - на 40—50 років, а газу приблизно на 60 років. Весь цикл робіт, пов'язаних з видобутком, перевезенням і спалюванням органічного палива (головним чином вугілля), а також утворенням відходів, супроводжується виділенням великої кількості хімічних забруднювачів. Видобуток вугілля пов'язаний із чималим засоленням водних резервуарів куди скидаються води із шахт. Крім цього, у воді, що відкачується, містяться ізотопи радію і радон. ТЕС, хоча й має сучасні системи очищення продуктів спалювання вугілля, викидає за один рік в атмосферу за різними оцінками від 10 до 120 тис. тонн оксидів сірки, 2—20 тис. тонн оксидів азоту, 700—1500 тонн попелу (без очищення — в 2-3 рази більше) і виділяє 3—7 млн. тонн оксиду вуглецю. Крім того, утворюється понад-300 тис. тонн золи, яка містить близько 400т токсичних металів (Арсену, кадмію, свинцю, ртуті). Можна відзначити, що ТЕС, яка працює на вугіллі, викидає в атмосферу більше радіоактивних речовин, ніж АЕС такої самої потужності. Це пов'язано з викидом різних радіоактивних елементів, що містяться у вугіллі у вигляді вкраплень (радій, торій, полоній та ін.). Для кількісної оцінки дії радіації вводиться по­няття «колективна доза», тобто добуток значення дози на кількість населення, що зазнало впливу радіації (він виражається у людино-зівертах). Виявилося, що на початку 90-х років минулого століття щорічна колективна доза опромінення населення України за рахунок теплової енергетики становила 767 люд/зв і за рахунок атомної— 188 люд/зв. У наш час в атмосферу щорічно викидається 20—30 млрд. тонн оксиду вуглецю. Прогнози свідчать, що при збереженні таких темпів у майбутньому до середини століття середня температура на Землі може підвищитися на декілька градусів, що призведе до непередбачених глобальних кліматичних змін. Порівнюючи екологічну дію різних енергоджерел, необхідно врахувати їх вплив на здоров'я людини. Високий ризик для працівників у випадку викорис­тання вугілля пов'язаний із його видобутком у шахтах і транспортуванням і з екологічним впливом продуктів його спалювання.




Видобуток і переробка уранових руд також пов'язані з несприятливою екологічною дією. Колективна доза, отримана персоналом установки і населенням на всіх етапах видобутку урану й виготовлення палива для реакторів, становить 14 % повної дози ядерного паливного циклу. Але головною проблемою залишається поховання високоактивних відходів. Обсяг особливо небезпечних радіоактивних відходів становить приблизно одну стотисячну частину загальної кількості відходів, серед яких є високотоксичні хімічні елементи та їх стійкі сполуки. Розробляються методи їх концентрації, надійного зв'язування й розміщення у тривких геологічних формаціях, де за розрахунками фахівців, вони можуть утримуватися протягом тисячоліть Серйозним недоліком атомної енергетики є радіоактивність використовуваного палива і продуктів його поділу. Це вимагає створення захисту від різного типу радіоактивного випромінювання, що значно підвищує вартість енергії, яку виробляють АЕС. Крім цього, ще одним недоліком АЕС є теплове забруднення води, тобто її нагрівання.



У 2004 році світове виробництво електроенергії перевищило 12 млрд кВт·год, 2/3 її виробляється на теплових (ТЕС), 1/6 - гідравлічних, 1/6 - на атомних електростанціях. Теплові станції використовують як паливо переважно вугілля та мазут, оскільки нафта та газ більш цінні енергоносії. Будівництво ТЕС порівняно дешеве, але несприятливим є екологічний вплив - забруднення атмосфери та теплове забруднення. Гідроелектростанції, навпаки, дорогі в будівництві, але дають дешеву енергію, їх будівництво залежить від запасів гідроресурсів, які зосереджені в гірських районах Азії та азіатської частини СНД, Північної та Південної Америки, екваторіальної Африки. За обсягом виробництва електроенергії перше місце належить США. 75% світового виробітку електроенергії припадає на: США, Росію, Японію, Китай, Канаду, Німеччину, Францію, Англію, Бразилію, Італію. За виробництвом електроенергії перед у світі беруть ТЕС. Питома вага гідроенергії у світовому енергетичному балансі на середину 90-х років дорівнювала 20%. За потужністю і кількістю електростанцій першість належить Бразилії, США та Венесуелі. За оцінками МАГАТЕ у світі діє 445 реакторів загальною потужністю 2,2 трлн. кВт у 33 країнах. Ядерна енергетика у загальному обсязі виробництва енергії у 2000р. становила 19%. До першої десятки за обсягом виробітку електроенергії на АЕС увійшли: США, Франція, Японія, Росія, Канада, Англія, Швеція, Іспанія, Корея.
Енергетика - основа розвитку господарства. Вона забезпечує технологічні процеси в промисловості, дає тепло і світло людям. Як енергоносії людство використовувало мускульну силу, деревину, рушійну сиоди енергію Сонця тощо. В наш час основними енергоносіями стали вуглеводи і сполуки (нафта, газ, вугілля) та ядерне паливо. Як альтернативні джерела майбутнього розглядається енергія Сонця, геотермічна енергія Землі, водень, термоядерна енергія. Енергозабезпечення світу станом на початок 90-х років за розмірами споживання становило 11 млрд. тонн умовного палива (т.у.п.) у вугільному еквіваленті. Найбільші енергоспоживачі: США - 25 % енергоспоживання світу, Росія - близько10 %, Китай - 9 %, Японія - 5,5 %, ФРН - 7,3 %. Енергоспоживання України (близько 3 %) співмірне з показниками Великобританії, Франції, Канади та Індії. Споживання енергії в світі особливо швидко зростало в другій половині XX ст. У цей період енергетика розвивалася випереджаючими темпами, енергомісткість виробництва (тобто затрати палива та електроенергії на одиницю продукції) на перших етапах НТР була високою. На межі 80-90-х років темпи приросту енергоспоживання знизилися - світ ступив на шлях впровадження енергозберігаючих технологій, тобто технологій, які забезпечують зниження енерговитрат. Протягом XX ст. істотно змінилася структура паливно-енергетичного балансу світового господарства. Якщо в першій половині XX ст. в енергобалансі світового господарства перважало вугілля і мали важливе значення дрова, то в останні десятиліть; провідну роль відіграють нафта і газ. Кілька десятиліть на їх частку припадали 3/5 обсягу енергоспоживання. Вважають, що на початку XXI ст. їх частка знизиться, водночас збереже значення споживання вугілля і дещо збільшиться ролі ядерної енергетики і нетрадиційних (альтернативних) джерел енергії. Рівень розвитку електроенергетики - один з найважливіших показників науково-технічного прогресу. Обсяги виробництва електроенергії та її виробництво на душу населення опосередковано визначають економічний потенціал та економічний рівень розвитку тієї чи іншої країни.
ІІ частина

Особливості подання електричного струму до об’єктів народного господарства




Споживачі електроенергії існують всюди. Виробляється ж вона в порівняно деяких місцях, близьких до джерел паливних і гідроресурсів. Тому виникає необхідність передачі електроенергії на відстані, що досягають іноді сотень кілометрів. Але передача електроенергії на великі відстані зв'язана з помітними втратами. Справа в тому, що, проходячи по лініях електропередачі, струм нагріває їх. Відповідно до закону Джоуля — Ленца, енергія, що витрачається на нагрівання проводів лінії, визначається формулою

Q = I2Rt

де R — опір лінії. При великій довжині лінії передача енергії може стати взагалі економічно невигідною. Для зменшення втрат можна, звичайно, йти по шляху зменшення опору R лінії за допомогою збільшення площі поперечного перерізу проводів. Але для зменшення R, приміром, у 100 разів потрібно збільшити масу проводу також у 100 разів. Зрозуміло, що не можна допустити такої великої витрати дорогого кольорового металу, не говорячи вже про труднощів закріплення важких проводів на високих щоглах і т.п. Тому втрати енергії в лінії знижують іншим шляхом: зменшенням струму в лінії. Наприклад, зменшення струму в 10 разів зменшує кількість тепла, що виділився в провідниках, у 100 разів, тобто досягається той же ефект, що і від сторазового обваження проводу.

Тому що потужність струму пропорційна добутку сили струму на напругу, то для збереження переданої потужності потрібно підвищити напруга в лінії передачі. Причому, чим довша лінія передачі, тим вигідніше використовувати більш високу напругу. Так, наприклад, у високовольтній лінії передачі Волзька ГЕС — Москва використовують напругу в 500 кВ.




Тим часом генератори змінного струму будують на напруги, що не перевищують 16—20 кВ., тому що більш висока напруга зажадала би прийняття більш складних спеціальних мір для ізоляції обмоток і інших частин генераторів. Тому на великих електростанціях ставлять підвищувальні трансформатори. Трансформатор збільшує напругу в лінії в стільки ж раз, у скільки зменшує силу струму. Втрати потужності при цьому невеликі. Для безпосереднього використання електроенергії в двигунах електропривода верстатів, в освітлювальній мережі і для інших цілей напруга на кінцях лінії потрібно понизити. Це досягається за допомогою понижуючих трансформаторів. Причому звичайне зниження напруги і відповідно збільшення сили струму відбувається в кілька етапів. На кожнім етапі напруга стає усе менше, а територія, охоплювана електричною мережею, - усе ширше. Схема передачі і розподілу електроенергії приведена на малюнку.
Електричні станції ряду областей країни з'єднані високовольтними лініями передач, утворити загальну електромережу, до якої приєднані споживачі. Таке об'єднання називається енергосистемою. Енергосистема забезпечує безперебійність подачі енергії споживачам не залежно від їхнього місця розташування.
Вплив електроенергетики на розміщення галузей народного господарства
Електроенергетика впливає не тільки на розвиток господарства, а й на територіальну організацію продуктивних сил. Будівництво потужних ліній електропередач дає змогу освоювати паливні ресурси незалежно від віддаленості районів споживання Розвиток електронного транспорту розширює територіальні межі цієї галузі промисловості. Достатня кількість електроенергії притягує до собі виробництво електросталі. алюмінію та інших кольорових металів, у яких частка паливно-енергетичних витрат у собівартості готової продукції значно більша порівняно з традиційними галузями промисловості. У ряді районів України (Донбас, Придніпров'я) електроенергетика визначає виробничу спеціалізацію їх, є основою формування територіально-виробничих комплексів. У розвитку й розміщенні електроенергетики в Україні визначальними є принципи: концентрації виробництва електроенергії шляхом будівництва великих районних електростанцій, які використовують дешеве паливо й гідроенергоресурси; комбінування виробництва електроенергії і тепла з метою теплопостачання міст та індустріальних центрів; широкого освоєння гідроенергоресурсів з урахуванням комплексного розв'язання завдань електроенергетики, транспорту, водопостачання, іригації та рибництва; випереджального розвитку атомної енергетики, особливо в районах з напруженим паливно-енергетичним балансом. Розміщення електроенергетики залежить переважливо від наявності паливно-енергетичних ресурсів і споживачів електроенергії. Нині майже третина електроенергії виробляється в районах споживання і понад 2/3 -у районах її виробництва. Поки що місце для будівництва ДРЕС вибирають, враховуючи зручність транспортування палива й електроенергії та екологічну обстановку. Якщо вчені розробляють високоефективні методи транспортування електроенергії на великі відстані, те ДРЕС будуватимуться переважливо в східних районах України.
3. Закріплення вивченого матеріалу. Перегляд документального фільму.

4. Підведення підсумків.

5. Д/З______________________________________________