Открытие бизнеса по производству электроэнергии

Мировое производство электроэнергии

Динамика мирового производства электроэнергии (Год — млрд. кВт*ч):

• 1890 — 9
• 1900 — 15
• 1914 — 37,5
• 1950—950
• 1960—2300
• 1970 — 5000
• 1980 — 8250
• 1990 — 11800
• 2000 — 14500
• 2005 — 18138,3
• 2007 — 19894,8
• 2013 — 23127
• 2014 — 23536,5
• 2015 — 24255
• 2016 — 24816

Крупнейшими в мире странами-производителями электроэнергии являются Китай и США, вырабатывающие соответственно 25 % и 18 % от мирового производства, а также уступающие им в примерно 4 раза каждая — Индия, Россия, Япония.

Механическая энергия

Этот вид энергии изучается в разделе физики, называемом «Механикой». Она обозначается буквой Е. Ее измерение осуществляется в джоулях (Дж). Что собой представляет эта энергия? Физика механики изучает движение тел и взаимодействие их друг с другом либо с внешними полями. При этом энергия, обусловленная движением тел, называется кинетической (обозначается Ек), а энергию, обусловленную взаимодействием тел или внешних полей, именуют потенциальной (Еп). Сумма движения и взаимодействия представляет собой полную механическую энергию системы.

Для расчета обоих видов существует общее правило. Для определения величины энергии следует вычислить работу, необходимую для перевода тела из нулевого состояния в данное состояние. При этом чем больше работа, тем большей энергией будет обладать тело в данном состоянии.

Передача электроэнергии

Что ж, теперь вы знаете все основные виды получения электроэнергии, однако, как вы уже могли понять из определения термина электроэнергетики, получением все не ограничивается. Энергию необходимо передавать и распределять. Так, электрическая энергия передается по линиям электропередач. Это металлические проводники, которые создают одну большую электрическую сеть во всем мире. Ранее чаще всего использовались воздушные линии – именно их вы можете видеть вдоль дорог, перекинутые от одного столба к другому. Однако в последнее время большую популярность обретают кабельные линии, которые прокладываются под землей.

Электроснабжение промышленных предприятий и установок в неблагоприятных климатических условиях

Большинство предприятий имеют загрязненные области, которые возникают из-за образования вредных веществ. Они отрицательно влияют на токоведущие элементы электрических установок. Источники загрязнения – химические, ферросплавные производства, а также производства стали, магния и др. Такие загрязнения имеют пять степеней (первая степень – самая мощная).

Для загрязненных областей устанавливаются специальные нормативы для определения типа изоляции, подстанций, линий электропередач. Также рассчитываются минимальные промежутки от источников загрязнения. Расстояние зависит от класса производства. К примеру, для пятой степени – от пятидесяти метров, для первой – до 1500 метров.

Проблема загрязнения требует особого внимания и принятия необходимых мер.

Перспективы развития электроэнергетики

Отрасль электроэнергетики регулярно требует от государства действий, направленных на ее будущее развитие. Программа развития электроэнергетики должна способствовать выходу на новый уровень, обеспечивать национальную безопасность и соответствовать социально-экономическому статусу страны.

Чтобы достичь поставленных задач, предусмотрены следующие меры:

• рост эффективности, качества и надежности электроснабжения;
• активное использование альтернативных источников энергии;
• производство и потребление водорода. Планируется, что в будущем Российская Федерация должна стать одним из лидеров по водородной энергетике;
• создание более простых технологий для присоединения к сетям.

Цели и перспективы развития электроэнергетики в России:

• надежное и своевременное снабжение экономики и населения электроэнергией;
• сохранение и способствование развитию единой энергетической системы (ЕЭС), обеспечение ее взаимодействия с другими энергосистемами на Евразийском континенте;
• применение современных технологий для повышения эффективности работы энергосистемы;
• уменьшение негативного воздействия электроэнергетики на окружающую среду.

Развитие современной электроэнергетики России активно продолжается. Строятся и вводятся в эксплуатацию усовершенствованные новые электростанции. В стране проводят реформы для преобразования отрасли. Государство выделяет субсидии для реконструкции и модернизации действующих станций.

Постоянный ток

Вторым способом передачи электрического тока потребителю, является постоянный ток. Подобный ток является выпрямленным. Он встречается в аккумуляторах, батарейках, зарядных устройствах. Такой ток и сейчас подается потребителям некоторых стран, но в очень малых количествах. Его вырабатывают солнечные батареи. Постоянный ток можно подавать по действующим ЛЭП и подземным кабелям. Плюсы такой передачи, следующие:

1. С расстоянием нет потери мощности. Не придется завышать напряжение на электростанции.
2. Статическая устойчивость не оказывает влияния на передачу и распределение.
3. Не требуется настраивать частотную синхронизацию.
4. Напряжение можно передать всего по одной линии с одним контактным проводом.
5. Нет влияния электромагнитного излучения.
6. Минимальная реактивная мощность.

Постоянный ток для потребителя не подается только по причине огромной себестоимости оборудования для электростанций.

Проводимость электрического тока и процент завышения в начале передачи, во многом зависят от сопротивления самой ЛЭП. Снизить сопротивление, — а тем самым нагрузку — можно при помощи охлаждения до сверхнизкой температуры. Это помогло бы увеличить расстояние для передачи энергии и существенно снизить потери. Сегодня нет технологии занижения температуры линии электропередачи. Такая технология является крайне дорогой и требует больших изменений в конструкции. Но в регионах крайнего севера этот способ вполне работает и намного занижает процент передачи мощностей и потери от расстояния.

Потери электроэнергии

Причины потерь при передаче электрической энергии на расстояние кроются в строении вещества. Электрический ток – это направленное движение по проводнику свободных носителей зарядов. В случае с ЛЭП и кабелями их роль играют электроны. Эти частицы, проходя по сечению провода, неизбежно сталкиваются с окружающими их атомами меди или алюминия и сообщают им часть своей кинетической энергии. Микрочастицы металла за счёт этого удара становятся подвижнее, что и воспринимается органами чувств человека как повышение температуры.

Количество теплоты Q, выделенной в проводнике за время t и потерянной впустую, вычисляется по закону Джоуля – Ленца. Оно пропорционально квадрату протекающего в проводе тока I и его сопротивлению R

Q = I2Rt.

Дополнительная информация. Потери электричества имеются и в трансформаторе. К самым большим из них относятся затраты энергии на создание вихревых токов в сердечнике и нагрев обмоток.

Способы генерации

Мировое производство электроэнергии по источникам в 2018 году. Общая выработка составила 26,7 ПВтч .

 Уголь (38%)

 Природный газ (23%)

 Гидро (16%)

 Ядерная (10%)

 Ветер (5%)

 Масло (3%)

 Солнечная (2%)

 Биотопливо (2%)

 Другое (1%)

Существует несколько фундаментальных методов преобразования других форм энергии в электрическую. Генерация в масштабе коммунального хозяйства достигается вращающимися электрическими генераторами или фотоэлектрическими системами. Небольшая часть электроэнергии, распределяемой коммунальными предприятиями, обеспечивается батареями. Другие формы производства электроэнергии, используемые в нишевых приложениях, включают трибоэлектрический эффект , пьезоэлектрический эффект , термоэлектрический эффект и бетавольтаику .

Генераторы

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

Электрические генераторы преобразуют кинетическую энергию в электричество. Это наиболее часто используемая форма для выработки электроэнергии, основанная на законе Фарадея . Это можно увидеть экспериментально, вращая магнит в замкнутых контурах из проводящего материала (например, медной проволоки). Практически все коммерческое производство электроэнергии производится с использованием электромагнитной индукции, при которой механическая энергия заставляет генератор вращаться:

Электрохимия

Большие плотины, такие как плотина Гувера в США, могут обеспечивать большое количество гидроэлектроэнергии . Установленная мощность составляет 2,07 ГВт .

Электрохимия — это прямое преобразование химической энергии в электричество, как 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 угольно-цинковые батареи , непосредственно действуют как источники энергии, а вторичные элементы (то есть перезаряжаемые батареи) используются для систем хранения , а не для систем первичной генерации. Открытые электрохимические системы, известные как топливные элементы , могут использоваться для извлечения энергии из природного или синтезированного топлива. Осмотическая сила возможна в местах слияния соленой и пресной воды.

Фотоэлектрический эффект

Фотогальванический эффект является преобразование света в электрическую энергию, как и в солнечных элементах . Фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет напрямую в электричество постоянного тока. При необходимости силовые инверторы могут преобразовать это в электричество переменного тока. Несмотря на то, что солнечный свет предоставляется бесплатно и в изобилии, производство электроэнергии на солнечной энергии обычно обходится дороже, чем производство крупномасштабной электроэнергии, производимой механическим способом, из-за стоимости панелей. Снижается стоимость кремниевых солнечных элементов с низким КПД, и теперь коммерчески доступны многопереходные элементы с эффективностью преобразования, близкой к 30%. В экспериментальных системах продемонстрирована эффективность более 40%. До недавнего времени фотоэлектрические элементы чаще всего использовались на удаленных объектах, 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, резко ускорили внедрение солнечных панелей. Установленная мощность растет на 40% в год за счет увеличения в Германии, Японии, США, Китае и Индии.

Об электроснабжении

Среди всего разнообразия, которое предлагает энергоснабжение, это, пожалуй, самая важная часть. Под электроснабжением понимается комплекс технических средств, а также организационных мероприятий, которые обеспечивают электроэнергией потребителей на основании заключенного договора. Оно может быть внутренним и внешним. В первом случае подразумевается наличие комплекса сетей и подстанций, которые находятся на территории потребителя. Внешнее электроснабжение – это сооружения, которые обеспечивают передачу электроэнергии от места подсоединения к энергосистеме до точки использования. Без всего этого, очень часто, не доступно множество иных благ. Например, вода, тепло, освещение, доступ в Мировую сеть, а также множество прочих, уже привычных вещей.

Создаем трекер энергии

Лучше и эффективней всего составлять такой трекер хотя бы на неделю на одном развороте ежедневника, чтобы клеточка-ячейка для каждого конкретного дня была достаточно большой и могла вместить в себя несколько точек на разных уровнях – от энергетического спада до энергетического подъема, ведь эти перепады могут случаться несколько раз в течение суток. Если сильных перепадов нет, то можно отмечаться в трекере только раз в сутки.

Уровни энергии можно оформить по-разному. Удобнее всего сделать три пункта на разных уровнях: энергетический подъем, равновесие (отсутствие перепадов), энергетический спад. В течение дня необходимо отмечаться, если случаются подъемы и спады и если четко определили причину записывать ее возле точки.

Уровень энергии может меняться очень быстро: встреча с приятным или неприятным человеком, может встреча с манипулятором (а вы и не подозревали, что он манипулятор, пока не завели трекер), вкусный завтрак или утомительная автомобильная пробка, любимая песня по радио или годовой отчет на работе, и так далее, и так далее…

Чаще всего мы даже не осознаем, что именно послужило причиной энергетического спада или подъема. Именно поэтому резкие перепады нужно отмечать, чтобы потом анализировать их и стремиться исключительно к тому, что дарит энергию, а того, что ее отнимает, избегать. Разумеется, вы не всегда сможете уйти от семейных или рабочих дел, но всегда можно придумать способ облегчить процесс, сделать его интересней и проще, делегировать часть обязанностей, и так далее.

Кроме того, очень важно вести трекер энергии совместно с трекерами сна, питания, мыслей, настроения, финансов, физической активности и общим трекером привычек. Тогда вам будет проще найти зависимость энергетических перепадов от событий вашей жизни

Фундаментальные факторы

«На протяжении многих лет цена на электроэнергию для промышленных потребителей в России была самой низкой по сравнению с развитыми странами и до сих пор остается такой», — утверждают в ассоциации «Совет производителей энергии».

Согласно расчетам, выполненным специалистами ассоциации на основании данных Росстата, Enerdata и EIU, одноставочная цена для промышленных потребителей с учетом сетевой составляющей в 2019 году составила около 3,4 рубля за 1 кВт⋅ч, или 4,9 цента США за 1 кВт⋅ч по курсу 69,8 руб./долл. США, что в 1,3 раза ниже, чем в США; в 2 раза ниже, чем в Китае и Бразилии; в 2,5 раза ниже, чем в Германии и Великобритании.

Текущие механизмы продажи электроэнергии и мощности (РСВ и КОМ) формируют низкие цены, а благодаря произведенному за 10 лет обновлению мощностей применяемые эффективные технологии производства абсорбировали рост цен на топливо: повышение стоимости газа и угля не привело к росту цен на электроэнергию. В то же время рост цен во многих электроемких отраслях промышленности за последние 10 лет превосходит рост цен в электроэнергетической отрасли.

Таким образом, крупная промышленность, в том числе ориентированная на экспорт, имеет ряд преимуществ, в частности в виде девальвации рубля, получения валютной выручки и возможности сокращения рублевых издержек, в том числе на электроэнергию.

Генераторное оборудование

Большой генератор со снятым ротором

Электрические генераторы были известны в простых формах с момента открытия электромагнитной индукции в 1830-х годах. В общем, некоторые формы первичного двигателя, такие как двигатель или турбины, описанные выше, приводят вращающееся магнитное поле мимо неподвижных катушек проволоки, тем самым превращая механическую энергию в электричество. Единственное производство электроэнергии в промышленных масштабах, в котором не используется генератор, — это солнечные фотоэлектрические системы.

Турбины

Большие плотины, такие как плотина Три ущелья в Китае, могут обеспечивать большое количество гидроэлектроэнергии ; он имеет мощность 22,5 ГВт .

Почти вся коммерческая электроэнергия на Земле вырабатывается турбиной , приводимой в действие ветром, водой, паром или горящим газом. Турбина приводит в действие генератор, преобразуя его механическую энергию в электрическую за счет электромагнитной индукции. Существует множество различных методов выработки механической энергии, включая тепловые двигатели , гидроэнергетику, ветровую и приливную энергию. Большая часть выработки электроэнергии приводится в движение тепловыми двигателями . Сжигание ископаемого топлива обеспечивает большую часть энергии для этих двигателей, причем значительная часть приходится на ядерное деление, а часть — из возобновляемых источников . Современная паровая турбина (изобретенная сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году) в настоящее время вырабатывает около 80% электроэнергии в мире, используя различные источники тепла. Типы турбин включают:

• Стим
  • Воду кипятят из угля, сжигаемого на ТЭЦ . Таким образом вырабатывается около 41% всей электроэнергии.
  • Тепло ядерного деления, создаваемое в ядерном реакторе, создает пар. Таким образом вырабатывается менее 15% электроэнергии.
  • Возобновляемая энергия. Пар вырабатывается биомассой , солнечной тепловой энергией или геотермальной энергией .
• Природный газ: турбины работают непосредственно от газов, образующихся при сгорании. Комбинированный цикл приводится в действие паром и природным газом. Они вырабатывают электроэнергию за счет сжигания природного газа в газовой турбине и используют остаточное тепло для производства пара. Не менее 20% мировой электроэнергии вырабатывается за счет природного газа.
• Вода Энергия улавливается водяной турбиной за счет движения воды — падающей воды, приливов и отливов или тепловых течений океана (см. Преобразование тепловой энергии океана ). В настоящее время гидроэлектростанции производят около 16% мировой электроэнергии.
• Мельница была очень рано ветровая турбина . В 2018 году около 5% мировой электроэнергии было произведено за счет ветра.

Хотя турбины наиболее распространены в коммерческом производстве электроэнергии, меньшие генераторы могут работать от бензиновых или дизельных двигателей . Они могут использоваться в качестве резервного источника энергии или в качестве основного источника энергии в изолированных деревнях.

Что такое электрическая система

С общей точки зрения, электроэнергетическая система обычно понимается как очень большая сеть, которая связывает электростанции (большие или малые) с нагрузками с помощью электрической сети, которая может охватывать целый континент, такой как Европа или Северная Америка.

Структура электроэнергетических систем, которые вы ДОЛЖНЫ полностью понять (фото: Carla Wosniak via Flickr)

Таким образом, энергосистема, как правило, простирается от электростанции прямо до гнезд внутри помещений клиентов. Они иногда называются системами полной мощности, поскольку они являются автономными.

Меньшие энергетические системы могут быть изготовлены из частей или секций большей, полной системы. На рисунке 1 показаны несколько элементов, которые работают вместе и подключены к сети питания.

Подсистема, представленная на рисунке 1 (а), может быть одним из конечных пользователей электрической энергии системы полной мощности . Подсистема, представленная на рисунке 1 (b), может быть одной из малых электростанций, работающих как распределенная генерация (DG). Большинство этих энергосистем работают только при подключении к полной системе питания.

Системы электропитания, которые поставляются внешним источником электроэнергии или которые производят (путем преобразования из других источников) электричество и передают его в большую сетку, называются системами частичной энергетики.

Рисунок 1 (a, b) — Подсистемы питания специального назначения

Энергосистемы, которые представляют интерес для наших целей, представляют собой широкомасштабные полномасштабные энергосистемы, которые охватывают большие расстояния и были развернуты на протяжении десятилетий энергетическими компаниями.

Генерация — это производство электроэнергии на электростанциях или генерирующих единицах, где форма первичной энергии преобразуется в электричество. Передача — это сеть, которая перемещает власть от одной части страны или региона к другому. Обычно это хорошо взаимосвязанная инфраструктура, в которой несколько линий электропередач соединяют разные подстанции, которые изменяют уровни напряжения, предлагая улучшенную избыточность.

Распределение, наконец, обеспечивает мощность (можно сказать, локально по сравнению с системой передачи) до конечных нагрузок (большая часть которых подается при низком напряжении) через промежуточные этапы, на которых напряжение преобразуется вниз (преобразуется) на более низкие уровни.

Есть части мира, в которых дерегулирование и приватизация отрасли уже полностью изменили индустриальный ландшафт, в то время как в других проблемах еще предстоит увидеть.

История

Прошлые затраты на производство возобновляемой энергии значительно снизились, при этом 62% от общего объема производства возобновляемой энергии, добавленного в 2020 году, имеют более низкие затраты, чем самый дешевый новый вариант ископаемого топлива.

Сниженная стоимость: в связи со все более широким внедрением возобновляемых источников энергии затраты на возобновляемые источники энергии снизились, в первую очередь на энергию, вырабатываемую солнечными панелями. Нормированная стоимость энергии (LCOE) — это мера средней чистой текущей стоимости производства электроэнергии для электростанции в течение ее срока службы.

Динамо-машины и двигатель установлены в компании Edison General Electric, Нью-Йорк, 1895 г.

Фундаментальные принципы производства электроэнергии были открыты в 1820-х — начале 1830-х годов британским ученым Майклом Фарадеем . Его метод, который используется до сих пор, заключается в том, что электричество генерируется движением проволочной петли или диска Фарадея между полюсами магнита . Центральные электростанции стали экономически практичными с развитием передачи энергии переменного тока (AC) с использованием силовых трансформаторов для передачи энергии высокого напряжения с низкими потерями.

Коммерческое производство электроэнергии началось в 1873 году, когда динамо-машина была соединена с гидравлической турбиной. Механическое производство электроэнергии положило начало Второй промышленной революции и сделало возможным несколько изобретений с использованием электричества, основными участниками которых стали Томас Альва Эдисон и Никола Тесла . Раньше единственным способом производства электричества были химические реакции или использование аккумуляторных элементов, а единственным практическим применением электричества был телеграф .

Производство электроэнергии на центральных электростанциях началось в 1882 году, когда паровой двигатель, приводящий в движение динамо-машину на станции Перл-стрит, произвел постоянный ток , питавший общественное освещение на Перл-стрит , Нью-Йорк . Новая технология была быстро принята во многих городах по всему миру, которые приспособили свои газовые уличные фонари к использованию электроэнергии. Вскоре электрическое освещение будет использоваться в общественных зданиях, на предприятиях и для питания общественного транспорта, такого как трамваи и поезда.

Первые электростанции использовали гидроэнергию или уголь. Сегодня используются различные источники энергии, такие как уголь , атомная энергия , природный газ , гидроэлектроэнергия , ветер и нефть , а также солнечная энергия , приливная энергия и геотермальные источники.

Атомные электростанции России

Крупнейшая АЭС России расположена в Саратовской области. Ежегодная мощность Балаковской АЭС составляет 30 млрд кВт/ч электроэнергии. На Белоярской АЭС (Свердловская обл.) сейчас работает только 3-й блок. Но и это позволяет назвать ее одной из самых мощных. 600 МВт электроэнергии получают благодаря реактору на быстрых нейтронах. Стоит отметить, что это был первый в мире энергоблок с быстрыми нейтронами, установленный для получения электричества в промышленных масштабах.

На Чукотке установлена Билибинская АЭС, которая вырабатывает 12 МВт электроэнергии. А Калининскую АЭС можно считать недавно построенной. Ее первый блок был введен в эксплуатацию в 1984 году, а последний (четвертый) лишь в 2010-м. Суммарная мощность всех энергоблоков составляет 1000 МВт. В 2001 году была построена и введена в эксплуатацию Ростовская АЭС. С момента подключения второго энергоблока — в 2010 году — ее установленная мощность превысила 1000 МВт, а коэффициент использования мощности составил 92,4%.

Каковы экологические проблемы?

Природный газ оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем уголь. На основе данных сжигание природного газа генерирует примерно вдвое меньше углекислого газа или CO₂, чем уголь, меньше твердых частиц и очень мало двуокиси серы или токсичных выбросов в атмосферу. Однако сжигание природного газа может привести к образованию оксидов азота и окиси углерода в количествах, сопоставимых со сжиганием угля. Продолжающееся использование этих ресурсов неизбежно приводит к выбросам метана, который является мощным парниковым газом, способствующим глобальному изменению климата. Бурение и разведка природного газа может негативно повлиять на среду обитания дикой природы, дикую природу и общее состояние атмосферы. Среди возможных негативных последствий, связанных с этим топливом, можно назвать эрозию, снижение продуктивности почв, увеличение стока, оползни и наводнения.

Если сравнивать природный газ со сжиганием угля, выбросы CO2 значительно ниже, но сжигание природного газа по-прежнему приводит к чистому увеличению выбросов CO2 и, следовательно, может способствовать изменению климата.

В зависимости от типа технологии сжигания и конструкции установки газовая установка может оказать значительное воздействие на водные ресурсы. Турбины сгорания не используют значительных количеств воды, но электростанции комбинированного цикла имеют участок для охлаждения пара который может требовать значительных количеств воды.

Преимущества и недостатки гидроэлектростанций

По своей значимости, ГЭС находятся на втором месте после тепловых электростанций. В своей работе они используют энергию воды, преобразующейся в электрический ток, и относящейся к возобновляемым ресурсам. Простое управление такими станциями не требует большого количества персонала. Коэффициент полезного действия доходит до 85%.

Электричество, производимое на ГЭС считается самым дешевым, его цена примерно в 5-6 раз меньше, чем на тепловых электроустановках. Гидроэлектростанции отличаются высокой маневренностью и могут быть запущены в работу в течение 3-5 минут, тогда как на ТЭС для этого требуется несколько часов

Это качество особенно важно при перекрытии пиковых нагрузок в суточном графике электроснабжения

Основными недостатками подобных сооружений являются:

• Значительные капиталовложения на их возведение.
• Привязка к определенной территории или местности с гидроресурсами.
• В процессе строительства затапливаются огромные территории, большие сельскохозяйственные площади выводятся из пользования, наносится ущерб рыбному хозяйству, нарушается экологическое равновесие.
• Полная мощность электростанции реализуется лишь в определенное время года, в период максимального подъема воды.

На российских реках сооружаются целые каскады гидроэлектростанций. Наиболее крупными считаются Ангаро-Енисейский каскад, включающий Братскую, Красноярскую, Саяно-Шушенскую, Усть-Илимскую ГЭС, а также Волжский каскад с Рыбинской, Угличской, Иваньковской, Саратовской, Волжской и другими ГЭС.

Достаточно перспективным направлением считается гидроаккумулирующая электростанция – ГАЭС. В основе их работы заложен принцип действия, связанный с цикличным перемещением одинакового объема воды между верхним и нижним бассейнами. Ночью за счет излишков электроэнергии вода подается снизу-вверх, а в дневное время при резком росте энергопотребления она сбрасывается вниз и вращает турбины, производя электричество. Эти станции совершенно не зависят от естественных колебаний речного стока, а под водохранилища требуется гораздо меньше затапливаемых площадей.

Много ли мы производим ватт

Энергия человека как альтернативный источник питания уже давно перестала быть мечтой фантастов. У людей большие перспективы в качестве генераторов электричества, его можно вырабатывать практически из любого нашего действия. Так, от одного вдоха можно получить 1 Вт, а спокойного шага хватит, чтобы питать лампочку в 60 Вт, да и зарядить телефон будет достаточно. Так что проблему с ресурсами и альтернативными источниками энергии, человек может решить, в буквальном смысле, сам.

Дело за малым – научиться передавать энергию, которую мы столь бесполезно растрачиваем, «куда надо». И у исследователей уже есть предложения на этот счет. Так, активно изучается эффект пьезоэлектричества, который создает напряжение из механического воздействия. На его основе еще в 2011 году австралийские ученые предложили модель компьютера, который заряжался бы от нажатия клавиш. В Корее разрабатывают телефон, который будет заряжаться от разговоров, то есть от звуковых волн, а группа ученых из Georgia Institute of Technology создала действующий прототип «наногенератора» из оксида цинка, который вживляется в человеческое тело и вырабатывает ток от каждого нашего движения.

Но это еще не все, в помощь солнечным батареям в некоторых городах собираются получать энергию из часа пик, точнее от вибраций при ходьбе пешеходов и машин, а потом использовать ее для освещения города. Такую идею предложили лондонские архитекторы из фирмы Facility Architects. По их словам: «В часы пик через вокзал Виктория за 60 минут проходит 34 тысячи человек. Не нужно быть математическим гением, чтобы понять — если удастся применять эту энергию, то может фактически получиться очень полезный источник энергии, которая в настоящее время расходуется впустую». Кстати, японцы уже используют для этого турникеты в Токийском метро, через которые каждый день проходят сотни тысяч человек. Все-таки железные дороги – основные транспортные артерии Страны Восходящего солнца.

Электрический ток

Согласно школьного курса физики – это упорядоченное движение заряженных частиц. Заряженными частицами, в зависимости от среды распространения, считаются электроны или ионы. Для металлов эти частицы – электроны, для некоторых газов или электролитов – ионы. Считается что именно их движение и являются электрическим током.

Как известно, в мире физики, объекты, обладающие разностью зарядов притягиваются, чтобы достигнуть равновесного состояния. Этот факт отлично подтверждает всем известный эксперимент с эбонитовой палочкой. Таким образом, электрический ток — это поток электронов или ионов, стремящихся воссоздать равновесие в мире электрических зарядов.

Не углубляясь в разновидности проводников, рассмотрим обыкновенные электрические провода и электроны, бегущие в них. Электроны заряжены отрицательно, значит их массовое скопление — это отрицательно заряженный объект. В то же время положительно заряженный объект — это место где имеется нехватка этих самых электронов, а значит скопление ионов (атомов с недостающими электронами). Так как природа стремится воссоздать равновесие, образуется поток электронов от минуса к плюсу.

Если природа стремится к равновесию, то отчего же образовались эти недостачи и излишки электронов?

Ответ довольно банален, за исключением некоторых природных явлений вроде молнии или статических разрядов. Люди их создают искусственно, чтобы пользоваться стремлением, или другими словами, силой природы прийти в равновесное состояние, в своих интересах. Как это происходит  подробно рассказано в статье про источники тока.

Маленькая особенность: так как само явление электричества было открыто гораздо раньше его природы (упорядоченного движения электронов в металлах), а раньше люди думали, что движутся положительно заряженные частицы), то принято считать, что электрический ток течет от плюса к минусу, хотя сейчас уже ясно, что всё происходит наоборот. В консервативном мире науки решили ничего не менять и продолжают пользоваться веками укоренившейся схемой.

Поняв, как всё это движется, можно попробовать разобраться, что нам даёт этот самый электрический ток. Прохождение электронов по проводнику сопровождается массой удивительных физических явлений, от простого нагревания проводника, до электромагнитного поля вокруг него, но обо всём по порядку.

Как известно, электроны очень маленькие и понаблюдать за ними даже через самый мощный микроскоп не удастся. Поэтому для понимания и визуализации такого действа как электрический ток, придумали очень удобное сравнение — сравнение с водопроводной трубой.

Итак, представим себе водопроводную трубу, она является проводником или просто проводом, очень близко не так ли? В этой трубе течет вода – капли которой очень похожи на электроны, текущие в проводах. Эту воду что-то толкает и ей что-то мешает.

Поток воды можно описать присущими ему свойствами, такими как давление и скорость, а характеристики трубы можно описать такими понятиями как её пропускная способность и сопротивление потоку воды.

По аналогии поток электронов, то есть электрический ток, можно описать такими характеристиками как электрическое напряжение (давление для воды) и сила тока (объём потока воды). Электрический проводник по аналогии с трубой можно описать таким свойством как сопротивление электрическому току (сопротивление потоку воды).

К примеру, тонкая труба может пропустить лишь небольшой поток воды, точно также, тонкий провод способен пропустить поток электронов только с небольшой силой тока. Тонкая струйка, вылетающая из водного пистолета, имеет большую скорость, но очень маленький объем воды, также искра, вылетающая из пьезоэлемента зажигалки, имеет высокое напряжение, но очень маленькую силу тока.

Представим себе огромную трубу диаметром в целый метр и из неё течет, а лучше сказать «вываливается» огромное количество воды, при этом давление в ней довольно низкое (единицы атмосфер), но поток воды просто огромен (сотни литров в секунду). Та же история с толстым проводом точечной электросварки, напряжение там невысокое (несколько вольт), но сила тока просто огромная (сотни ампер), в месте контакта плавится металл. Предположим, что на краю трубы есть кран и он закрыт, вода внутри есть, но она никуда не течёт. Тоже самое с проводником, если цепь от плюса к минусу разорвана, а воздух для электрического тока настолько же труднопроходимая среда, как кран для воды, то ток тоже никуда не течёт. Но электроны из проводника, как и вода из трубы, никуда не делись и напряжение, как и давление в трубе тоже осталось, нет только потока электронов, а значит сила тока равна нулю.

Заключение

Мы познали суть электричества, выяснили как это работает, по крайней мере, в общих чертах. Для людей с творческим мышлением, далеким от физики, можно мысленно представить, как очень маленькие частички очень быстро перетекают с одного места на другое по своей электрической цепи. Основой любого вещества является ядро. Если есть разница потенциалов (в одном месте возникло скопление одного вида зарядов, а в другом, противоположного вида), то при появлении пути (соединение цепи) начинается процесс выравнивания этих самых потенциалов. Таким образом вырабатывается электрический ток.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Книги по ардуино Правильная пайка проводов паяльником Птф солярис