Что такое источник электрической энергии
Перейти к содержимому

Что такое источник электрической энергии

  • автор:

Источники электроэнергии

Основным источником электроэнергии в мире являются, как известно, различного рода электростанции – тепловые электростанции, гидроэлектростанции и электростанции атомные. Тепловые электростанции (ТЭС), работающие на органическом топливе (уголь, мазут, газ, сланцы, торф), являются на сегодня основным видом используемых в России энергопроизводителей.
Выбор места размещения тепловых электростанций определяется в основном наличием в данном регионе природных и топливных ресурсов. Мощные ТЭС строятся, как правило, в местах добычи топливных ресурсов или недалеко от крупных центров нефтеперерабатывающей промышленности. Тепловые электростанции, на которых в качестве топлива используются местные виды горючего (сланец, торф, низкокалорийные и многозольные угли), стараются размещать согласно потребности в электроэнергии и, в тоже время, с учётом наличия тех или иных видов топливных ресурсов.
Электростанции, работающие на высококалорийном топливе, доставка которого к месту использования экономически целесообразна, размещаются обычно с учётом потребительского спроса на электроэнергию. Гидроэлектростанции представляют собой специальные сооружения, возведённые в местах перекрытия больших рек плотиной и использующие энергию падающей воды для вращения турбин электрогенератора. Этот способ получения электроэнергии является наиболее экологичным, поскольку обходится без сжигания тех или иных видов топлива и не оставляет никаких вредных отходов после себя. Атомные электростанции (АЭС) отличаются от тепловых лишь тем, что, если в ТЭС для нагрева воды и получения пара используется горючее топливо, то в АЭС источником нагрева воды служит энергия тепла, выделяемого в процессе ядерной реакции. В настоящее время большую часть всей вырабатываемой в мире электроэнергии дают тепловые электростанции, мощность которых может составлять сотни тысяч и миллионы киловатт.
Для совместного и согласованного производства электроэнергии электростанции различного типа объединяют в энергосистемы. Объединение электростанций, а также самих энергосистем между собой позволяет снизить стоимость электроэнергии и гарантирует бесперебойность режима электроснабжения потребителя. Объясняется это тем, что производство и расходование электроэнергии происходят одновременно, и невозможно аккумулировать всю вырабатываемую энергию в каком-либо виде. Поэтому электростанции обязаны иметь определённый резерв по рабочей мощности, необходимый для того, чтобы быть способными в любой момент удовлетворить возросший спрос на электроэнергию со стороны потребителя (на возросшую нагрузку). А величина потребления (спроса на энергию) может резко колебаться при изменении режимов и условий работы потребителей. В городах в зимний период, например, потребление электроэнергии резко возрастает, а летом — снижается. В сельском хозяйстве, напротив, электрические подстанции больше загружены именно летом, когда производятся сезонные полевые работы. Кроме того, максимальные нагрузки электростанций, расположенных на востоке и западе страны обычно не совпадают из-за разницы во времени. При коллективной работе электростанций они подпитывают друг друга, что обеспечивает их более равномерную загрузку и повышение КПД работы. На электростанциях, не входящих в состав энергосистемы, не допускается применение мощных узлов по транспортировке и преобразованию электроэнергии. Объясняется это тем, что выход подобного узла из строя моментально парализует работу промышленных предприятий, обесточивает целые районы и грозит аварийной остановкой систем водоснабжения и т. п. При объединении энергопроизводителей в энергосистемы нет оснований отказываться от таких мощных агрегатных узлов, поскольку нагрузку вышедшего из строя участка линии мгновенно подхватят оставшиеся в рабочем состоянии системы. Наряду с традиционным способом получения электроэнергии с помощью электростанций всё большую популярность приобретают в последнее время альтернативные источники электроэнергии. К подобным источникам можно отнести, например, ветряные электрогенераторы, которые преобразуют природную силу ветра в электрический ток. Всё большей популярностью в наше время пользуются и солнечные батареи, которые, в отличие от электрогенератора, используют принцип прямого преобразования энергии солнечных лучей в электрическую энергию (фотоэффект).

none Опубликована: 2011 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

  • Техническая грамотность

Оценить Сбросить

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (0) | Я собрал ( 0 ) | Подписаться

Для добавления Вашей сборки необходима регистрация

Статью еще никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Raspberry Pi 2

Raspberry Pi 2

Сатфайндер UNI-T UT-61A

1999-2024 Сайт-ПАЯЛЬНИК ‘cxem.net’
При использовании материалов сайта, обязательна
ссылка на сайт ПАЯЛЬНИК и первоисточник

Источники энергии

Источники электрической энергии — это гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы и другие устройства, в которых происходит процесс преобразования химической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую.

Источники энергии разделяют на источники тока и источники ЭДС (электродвижущей силы). Под ЭДС понимают работу сторонних сил, присущих источнику, потраченных на перемещение единичного заряда внутри источника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом.

Все источники энергии называют активными элементами.

Источники электрической энергии в быту — это обыкновенные розетки, куда мы подключаем чайники, кипятильники, стиральные машинки.

Источники электрической энергии делятся:

  • Первичные источники электрической энергии – это источники, которые один тип энергии (механическая, тепловая, химическая) преобразуют в электрическую энергию.
  • Вторичные источники электрической энергии – это источники, которые преобразуют электрическую энергию от первичных источников в электрическую энергию удобную применения приемником энергии.

Характеристики источников питания

К основным характеристикам источников питания относят:

  • Электродвижущую силу. Единица измерения – вольты.
  • Внутреннее сопротивление источника ЭДС, Единица измерения – омы.
  • Максимально-возможную отдаваемую мощность в цепь, Единицы измерения – ватты.
  • Внешняя характеристика источника – это связь между током и напряжением.

Лекции по ТОЭ

  • История электротехники
  • ТОЭ и электроника
  • Основные сведения
    • Основные определения
    • Топология цепи
    • Преобразование цепей
    • Элементы электрической цепи
    • Режимы работы
    • Постояный ток
    • Переменный ток
    • Постоянный ток
    • Переменный ток
    • Мощность
    • Магнитное поле
    • Постоянная МДС
    • Переменная МДС
    • Ферромагнитные материалы
    • Однофазный трансформатор
    • Трехфазный трансформатор
    • Постоянный ток
    • Переменный ток
    • Электропривод
    • Параметры
    • Уравнения
    • Схемы замещения
    • Фильтры
    • Холостой ход
    • Короткое замыкание
    • Характеристическое сопротивление
    • Коэффициент распространения
    • Передаточная функция
    • Обратные связи
    • Общие сведения
    • Классический метод
    • Операторный метод
    • Интеграл Дюамеля
    • Основная литература
    • Дополнительная литература
    • Сборники задач

    Источники электрической энергии

    Источники электрической энергии

    Энергетическая проблема является одной из основных проблем человечества. Основными источниками энергии, на данный момент, являются газ, уголь и нефть. По прогнозным данным запасов нефти хватит на 40 лет, угля на 395 лет и газа на 60 лет. Мировая система энергетики подвергается гигантским проблемам.

    Относительно электроэнергии, то источники электрической энергии представлены различными электростанциями – тепловыми, гидроэлектростанциями и атомными электростанциями. В результате стремительного истощения природных энергетических носителей на первый план выводится задача по поиску новых методов получения энергии.

    Источник электрической энергии (Electric energy source) — электротехническое изделие (устройство), преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию (ГОСТ 18311-80).

    Источники основной электрической энергии

    Работают на органическом топливе – мазут, уголь, торф, газ, сланцы. Размещаются ТЭС, главным образом, в том регионе, где присутствуют природные ресурсы и вблизи крупных нефтеперерабатывающих предприятий.

    ТЭЦ

    Возводятся в местах, где большие реки перекрываются плотиной, и благодаря энергии падающей воды вращаются турбины электрогенератора. Получение электроэнергии таким методом считается самым экологичным за счет того, что не происходит сжигание различных видов топлива, следовательно, отсутствуют вредные отходы. Подробнее смотрите здесь — Принцип работы гидроэлектростанции

    Гидроэлектростанция

    Для нагрева воды требуется энергия тепла, которая выделяется в результате ядерной реакции. А в остальном она схожа с тепловой электростанцией.

    Атомная электростанция

    Нетрадиционные источники энергии

    К ним относятся ветер, солнце, тепло земных турбин и океанические приливы. В последнее время их все чаще используют как нетрадиционные дополнительные источники энергии. Ученые утверждают, что к 2050 году нетрадиционные энергоисточники станут основными, а обычные потеряют свое значение.

    Есть несколько способов ее применения. Во время физического метода получения энергии солнца применяются гальванические батареи, способные поглощать и преобразовывать солнечную энергию в электрическую или тепловую. Также используется система зеркал, отражающая солнечные лучи и направляющая их в трубы, заполненные маслом, где концентрируется солнечное тепло.

    В некоторых регионах целесообразнее использовать солнечные коллекторы, с помощью которых есть возможность в частичном решении экологической проблемы и использования энергии для бытовых нужд.

    Основные достоинства энергии солнца – общедоступность и неисчерпаемость источников, полная безопасность для окружающей среды, основные экологически чистые источники энергии.

    Главный недостаток – потребность в больших площадях земли для строительства солнечной электростанции.

    Солнечная электростанция

    Ветряные электростанции способны производить электрическую энергию только в том случае, когда дует сильный ветер. «Основные современные источники энергии» ветра – ветряк, представляющий собой достаточно сложную конструкцию. В нем запрограммированы два режима работы – слабый и сильный ветер, а также есть остановка двигателя, если очень сильный ветер.

    Основной недостаток ветряных электростанций (ВЭС) — шум, получаемый во время вращения лопастей пропеллеров. Самыми целесообразными являются небольшие ветряки, предназначенные для обеспечения экологически безопасной и недорогой электроэнергией дачных участок или отдельных ферм.

    Ветряная электростанция

    Для производства электрической энергии используется энергия прилива. Для того, чтобы построить простейшую приливную электростанцию потребуется бассейн, перекрытое плотиной устье реки или залив. Плотина оснащена гидротурбинами и водопропускными отверстиями.

    Вода во время прилива поступает в бассейн и когда происходит сравнение уровней воды в бассейне и в море, водопропускные отверстия закрываются. С приближением отлива водный уровень уменьшается, напор становится достаточной силы, турбины и электрогенераторы начинают свою работу, постепенно вода из бассейна уходит.

    Новые источники энергии в виде приливных электростанций имеют некоторые минусы – нарушение нормального обмена пресной и соленой воды; влияние на климат, так в результате их работы меняется энергетический потенциал вод, скорость и площадь перемещения.

    Плюсы – экологичность, невысокая себестоимость производимой энергии, сокращение уровня добычи, сжигания и транспортировки органического топлива.

    • Нетрадиционные геотермальные источники энергии

    Для производства энергии используется тепло земных турбин (глубинные горячие источники). Данное тепло можно применять в любом регионе, но расходы смогут окупиться лишь там, где горячие воды максимально приближены к земной коре – местности активной деятельности гейзеров и вулканов.

    Основные источники энергии представлены двумя типами – подземный бассейн естественного теплоносителя (гидротермальный, паротермальный или пароводяной источники) и тепло горных горячих пород.

    Первый тип представляет собой готовые к применению подземные котлы, из которых пар или воду добывать можно обычными буровыми скважинами. Второй тип дает возможность получения пара или перегретой воды, которые в дальнейшем можно использовать в энергетических целях.

    Основной недостаток обоих типов – слабая концентрация геотермических аномалий, когда горячие породы или источники подходят близко к поверхности. Также требуется обратная закачка в подземный горизонт отработанной воды, поскольку термальная вода имеет множество солей токсичных металлов и химических соединений, которые нельзя сбрасывать в поверхностные водные системы.

    Достоинства – данные запасы неисчерпаемы. Геотермальная энергия пользуется большой популярностью благодаря активной деятельности вулканов и гейзеров, территория которых занимает 1/10 площади Земли.

    Геотермальная электростанция

    Новые перспективные источники энергии – биомасса

    Биомасса бывает первичной и вторичной. Для получения энергии можно использовать высушенные водоросли, отходы сельского хозяйства, древесину и т. д. Биологический вариант использования энергии – получение из навоза биогаза в результате сбраживания без доступа воздуха.

    На сегодняшний день в мире накопилось приличное количество мусора, ухудшающего окружающую среду, мусор оказывает губительное влияние на людей, животных и на все живое. Именно поэтому требуется развитие энергетики, где будет использоваться вторичная биомасса для предотвращения загрязнения окружающей среды.

    Согласно подсчетам ученых, населенные пункты могут полностью обеспечивать себя электроэнергией только за счет своего мусора. Более того, отходы практически отсутствуют. Следовательно, будет решаться проблема уничтожения мусора одновременно с обеспечением населения электроэнергией при минимальных расходах.

    Преимущества – не повышается концентрация углекислого газа, решается проблема использования мусора, следовательно, улучшается экология.

    Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

    Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

    Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

    Что такое источник электрической энергии

    Источники электрической энергии являются необходимым элементом любой электрической цепи.

    Их разделяют на идеальные и реальные источники. В свою очередь, идеальные источники делятся на источники электродвижущей силы (ЭДС) и источники тока .

    Источники ЭДС — это такие элементы электрической цепи, у которых разность потенциалов на выходе не зависит от величины и направления протекания тока, т.е. их вольтамперные характеристики ( ВАХ ) представляют собой прямые линии параллельные оси I (см. таблицу&nbsp2 ).

    Направление стрелки в условном обозначении источника ЭДС указывает направление действия ЭДС, поэтому направление падения напряжения на выходных зажимах источника всегда противоположно.

    Так как на ВАХ электрическое сопротивление соответствует котангенсу угла наклона характеристики, то сопротивление источника ЭДС равно нулю, а проводимость, соответственно, бесконечности.

    Источники тока — это такие элементы электрической цепи, у которых протекающий через них ток не зависит от знака и значения разности потенциалов на выходе, т.е. их ( ВАХ ) представляют собой прямые линии параллельные оси U (см. таблицу 2 ).

    Отсюда, сопротивление источника тока равно бесконечности, а проводимость — нулю.

    Направление стрелки в условном обозначении источника тока указывает направление протекания тока.

    Источники ЭДС и источники тока часто рассматриваются как некие абстракции, не имеющие реального физического воплощения. Однако, это справедливо только, если считать , что их ВАХ не имеют ограничения. В этом случае ток через источник ЭДС или падение напряжения на источнике тока могут достигать бесконечно больших значений. При этом мощность источника ( P = U Ч I ) должна быть бесконечно большой, что исключает возможность технической реализации.

    Если же ток и/или напряжение источника ограничено, то свойствами идеального источника обладают, например, стабилизированные источники питания , типичная ВАХ которых приведена на рис. 1

    Выходное напряжение такого устройства U вых постоянно до тех пор, пока ток нагрузки не достигнет максимально допустимого значения I max , после чего источник питания из режима стабилизации напряжения переходит в режим стабилизации тока. В пределах обоих режимов источник питания обладает свойствами соответственно идеального источника ЭДС и источника тока.

    Идеальные источники ЭДС и тока используются также для моделирования некоторых электромагнитных процессов и нелинейных элементов электрических цепей, таких, например, как диод.

    Реальные источники электрической энергии (ИЭ) имеют ВАХ, показанную на рис. 2.

    ВАХ реальных источников пересекает обе оси координат и эти точки пересечения соответствуют нулевому току через источник и нулевому падению напряжения. Режим с нулевыи током и ненулевым падением напряжения называется холостым ходом, а режим с нулевым падением напряжения и ненулевым током на выходе — коротким замыканием .

    Уравнение ВАХ ИЭ представляет собой уравнение прямой линии в координатах U — I . Его можно получить из уравнения прямой линии, проходящей через начало координат I = — Ug = — U / r либо из обратной функции U = — Ir , где r — коэффициент соответствующий котангенсу угла наклона к оси U и имеющий размерность сопротивления, а g = 1/ r — тангенс угла наклона с размерностью проводиомсти. Для получения ВАХ ИЭ можно сместить линию I = — Ug на величину тока короткого замыкания

    I = — Ug + I кз = I кз — Ug = J — Ug

    или обратную функцию U = — Ir сместить на величину напряжения холостого хода

    U = — Ir + U хх = U хх — Ir = E — Ir

    В выражениях (1) и (2) ток короткого замыкания I кз и напряжение холостого хода U хх являются константами, поэтому их можно заменить равным по значению током J и ЭДС E соответствующих идеальных источников, т.к. параметры идеальных источников также являются константами . Тогда выражениям (1) и (2) можно поставить в соответствие электрические схемы рис. 3 а) и б).

    Выражения (1) и (2) и соответствующие им схемы рис. 3 описывают один и тот же элемент электрической цепи, имеющий ВАХ, представленную на рис. 2 . Поэтому оба варианта совершенно эквивалентны и могут применяться в зависимости от целей и удобства конкретного представления.

    В ИЭ сопротивление r и проводимость g называются соответственно внутренним сопротивлением и внутренней проводимостью источника.

    Из выражений (1) и (2) следует, что ток I на выходе ИЭ отличается от значения тока внутреннего источника J на величину тока Ug , ответвляющегося внутри ИЭ через проводимость g . Аналогично, напряжение U на выходе источника отличается от значения ЭДС внутреннего источника на величину падения напряжения Ir на внутреннем сопротивлении r . Поэтому, чем меньше внутреннее сопротивление ИЭ r, тем ближе его свойства к свойствам идеального источника .

    При r ® 0 ИЭ становится источником ЭДС, однако, в эквивалентной схеме с источником тока g = 1/ r ® Ґ , и J = E / r ® Ґ . Отсюда следует, что при преобразовании источника ЭДС с конечными значениями параметров мы получим ИЭ с бесконечным значением тока. Идентичные рассуждения можно привести и для преобразования ИЭ с источником тока при g ® 0.

    Таким образом, любой реальный источник электрической энергии, представленный, например, схемой а) рис. 3 можно преобразовать и представить эквивалентной схемой рис. 3 б) и наоборот. В то же время, идеальные источники (источники ЭДС и тока) в принципе не могут быть преобразованы один в другой.

    Параметры ИЭ в схемах а) и б) связаны между собой следующими соотношениями:

    E = Jg ; r = 1/ g ; J = E / r ; g = 1/ r

    На практике параметры ИЭ определяют по координатам двух точек ВАХ, т.е. по значениям тока и падения напряжения на выходе источника в двух произвольных режимах (при любых двух значениях сопротивления нагрузки, подключенного к выходным зажимам ИЭ).

    Пусть измерены значения токов и падений напряжения в нагрузке в режиме 1 и 2 рис 2 . Тогда по этим параметрам можно определить параметры схем рис. 3 следующим образом:

    для схемы а) или

    для схемы б) .

    Выражения (3) и (4) позволяют определить искомые параметры источников в общем случае, однако задачу можно существенно упростить, если источник допускает режимы холостого хода и/или короткого замыкания. Тогда достаточно измерить:

    1. напряжение холостого хода U хх , а также ток I и напряжение на выходе U , при любой нагрузке;
    2. ток короткого замыкания I кз , а также ток I и напряжение на выходе U , при любой нагрузке;
    3. напряжение холостого хода U хх и ток короткого замыкания I кз .

    Для этих трех случаев выражения (3) и(4) преобразуются с учетом того, что I хх =0, и U кз =0, к виду представленному в таблице 1:

    Исходные параметры

    U хх , U , I

    I кз , U , I

    U хх , I кз

    J = U хх I /( U хх — U )

    g = I /( U хх — U )

    g = ( I кз — I )/ U

    g = I кз / U хх

    r = ( U хх — U )/ I

    E = I кз U /( I кз — I )

    g = ( I кз — I )/ U

    r = U хх / I кз

    На практике параметры ИЭ можно определить также с помощью переменной нагрузки без одновременного измерения тока и напряжения. Для этого достаточно, например, измерить напряжение холостого хода U хх , а затем подключить и изменять нагрузку до тех пор, пока падение напряжения на ней не станет равным U хх /2. Можно также измерить ток короткого замыкания I кз , а затем подключить и изменять нагрузку до тех пор, пока ток в ней не станет равным I кз /2. В обоих случаях внутреннее сопротивление источника r будет равно сопротивлению нагрузки R н .

    Рассмотрим подробнее этот способ для случая ИЭ с источником ЭДС показанного на рис. 4. При подключении нагрузки R н напряжение на выходе источника уменьшается в два раза, т.е. U хх = E =2 U н . В то же время, U н = E — Ir . Отсюда внутреннее сопротивление

    r = ( E — U н )/ I = (2 U н — U н )/ I = U н / I = R н .

    Аналогично для схемы ИЭ с источником тока после подключения нагрузки ток во внешней цепи уменьшится вдвое, т.е. I кз = J =2 I н и I н = J — Ug . Тогда

    g = ( J — I н )/ U = (2 I н — I н )/ U = I н / U = G н

    Таким образом, если в нагрузке протекает ток равный половине значения тока короткого замыкания источника или падение напряжения на ней составляет половину от напряжения холостого хода, то в таком режиме сопротивление нагрузки и ее проводимость в точности равны внутреннему сопротивлению и проводимости ИЭ.

    Реальные источники электрической энергии обладают внутренним сопротивлением, соответствующим потерям в самом источнике и теоретически не могут быть представленными без него. Однако на практике часто бывает целесообразным не учитывать внутреннее сопротивление. Оценим возникающую при этом погрешность.

    Пусть источник имеет вольтамперную характеристику, представленную на рис. 5, и пусть к нему поочередно подключаются две различные нагрузки, соответствующие работе источника в точках A и B . Причем нагрузки выбраны таким образом, что I B = I кз — I A = D I и U A = U хх — U B = D U , т.е. отклонение тока в точке A от тока короткого замыкания равно току в точке B , а отклонение напряжения в точке B от напряжения холостого хода равно напряжению в точке A .

    Выразим отклонения тока и напряжения в относительных единицах, приняв за базовые значения напряжение холостого хода U хх и ток короткого замыкания источника I кз —

    D I = d I I кз ; D U = d U U хх .

    Тогда напряжение и ток в нагрузке в точках A и B будут

    U A = d U U хх ; I A = I кз — d I I кз = I кз (1 — d I ) ;

    U B = U хх — d U U хх = U хх (1 — d U ); I B = d I I кз .

    Но из подобия прямоугольных треугольников

    где r — внутреннее сопротивление источника. В то же время из (5)

    следовательно d U = d I = d и из выражений (6)

    В выражении (7) m — отношение внутреннего сопротивления источника к сопротивлению нагрузки, а d — относительное отклонение тока нагрузки от тока короткого замыкания источника. В выражении (8) l — отношение сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению источника, а d — относительное отклонение напряжения нагрузки от напряжения холостого хода источника.

    Таким образом, замена реального источника на источник тока или источник ЭДС приведет к появлению положительной погрешности d , величина которой зависит от отношения величин внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки ( l = 1/ m ). При замене источником тока для оценки погрешности нужно брать отношение m , а при замене источником ЭДС — отношение l .

    Зависимости d ( l ) и d ( m ) совершенно идентичны (рис. 6) и из них следует, что при R н > 20 r исключение внутреннего сопротивления источника и представление его источником ЭДС приведет к погрешности менее 5% . Такую же погрешность создаст замена реального источника на источник тока, если 20 R н < r .

    Изложенные выше сведения по источникам электрической энергии кратко можно свести в таблицу

    Идеальные источники

    Источники электрической энергии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *