Как вырабатывается электричество

Солнечные батареи: как это работает

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Михаил Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Михаил Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.

«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

Крупнейшие производители

Источник: https://itc.ua/articles/solnechnyie-batarei-kak-eto-rabotaet/

Как вырабатывается электрическая энергия в промышленных масштабах

Выработка электричества распространенным способом происходит в результате преобразования механического усилия: вал генератора приводится в движение, что и создает электрический заряд. На электростанциях устанавливают генераторные установки, производительность которых зависит от параметров вращения и технической конструкции. Принципиально иной способ получения электрозаряда используется в солнечных панелях, которые поглощают световые лучи и преобразуют энергию солнца в напряжение.

Откуда берется электричество?

Электростанции подразделяются по источнику первичной энергии, которая участвует в производстве электроэнергии. Для этой цели человек приспособил природные силы и разработал технологии передачи энергетического потенциала горючих соединений в проводные коммуникации в виде электрического тока. На службу техническому прогрессу призваны: реки, ветер, океанские приливы и отливы, солнечный свет, а также — топливные, невозобновляемые ресурсы.

В крупных промышленных масштабах электричество получают на электростанциях следующих типов:

• гидроэлектростанции (ГРЭС);
• тепловые (ТЭС, в том числе, ТЭЦ — теплоэлектроцентрали);
• атомные (АЭС или АТЭЦ).

Благодаря развитию технологий возрастает количество электростанций, использующих альтернативные источники энергии. К ним относятся приливные, ветровые, солнечные, геотермальные электрогенерирующие объекты. В отдельную категорию можно выделить комплексные автономные решения, состоящие из нескольких газотурбинных или дизельных генераторов, которые объедены для обеспечения высокой производительности.

Автономные электростанции

Генераторные комплексы автономного типа применяют для резервного электроснабжения, а также в ситуациях, когда прокладка высоковольтной ЛЭП затруднена природными условиями и оказывается нерентабельной. Необходимость установки мобильных электростанций возникает рядом с месторождениями полезных ископаемых, на производственных или строительных участках, значительно удаленных от проложенных электросетей.

Выработка электричества генераторными комплексами (производительность) зависит от количества генерирующих модулей, подключенных в единую цепь, и, по сути, ограничена только экономическими издержками.

По сравнению с производством электроэнергии в крупных промышленных масштабах на АЭС, ТЭС, ГРЭС стоимость одного «дизельного» или «газотурбинного» мегавата обходится дороже.

Поэтому при наличии подходящих условий инженеры-проектировщики и архитекторы производственных предприятий, населенных пунктов, жилых массивов ориентируются на подключение к подаче магистрального напряжения.

Производство электроэнергии в крупных масштабах

В двадцатом веке наибольший процент выработки электрической энергии приходился на ТЭС и ТЭЦ. С развитием атомной энергетики общемировая доля производства электроэнергии на АЭС превысила 10%.

Строительство ГРЭС ограничено несколькими природными факторами, и поэтому гидроспособ преобразования используется локально, с привязкой к равнинным рекам.

Полностью экологичное электричество или «зеленые мегаватты» — продукция объектов альтернативной выработки, — в 21-ом веке набирает популярность, что связано с заботой об окружающей среде и со стремлением рационально расходовать природные ресурсы.

ТЭС

Тепловые электростанции стали популярными по причине сравнительно небольших затрат для выхода на проектную мощность. Строительство ТЭС не связано с созданием плотин и монтажом ядерных реакторов.

Для преобразования энергетического потенциала углеводородов в электроэнергию необходима технологическая система, состоящая из паровых котлов, паропровода и турбогенераторов.

Масштабы и схемы могут быть разными, в том числе, в комбинации с теплоцентралью, но основной принцип работы ТЭС неизменен для всех случаев: тепло от сгорания через промежуточное парообразование преобразуется в электрическое напряжение.

ГРЭС

Гидроэлектростанции в отличие от тепловых не требуют топлива, удаления твердых отходов (угольные, торфяные, сланцевые ТЭС) и не загрязняют атмосферу продуктами сгорания.

Но на широтах с холодными зимами и замерзающими водоемами производительность ГРЭС зависит от сезонных факторов.

Затраты, вложенные в строительство плотин, окупаются продолжительное время, а уничтожение пахотных земель в результате затопления требует тщательной оценки того, насколько целесообразно возводить гидротехнические сооружения в определенном регионе.

АЭС

Атомные электростанции преобразуют энергию ядерного распада в электричество.

Тепло от реактора поглощает теплоноситель первичного контура с нагревом через парогенератор воды во втором контурном цикле, откуда пар подается на генераторные турбины — и вращает их.

Сложность процесса и опасность, связанная с аварийными ситуациями, ограничивают распространение данного виды выработки. Работа реактора должна контролироваться современными технологиями, а отработанное топливо — утилизироваться с соблюдением защитных мер.

26 января 2018

Источник: https://prometey-energy.ru/articles/elektrostantsii-tipy-i-osobennosti.html

Энергия — наша работа!

«Газпром» — глобальная энергетическая компания. Это значит, что одним из основных направлений нашей деятельности является производство и сбыт электрической и тепловой энергии. В нашем очередном фоторепортаже мы постараемся познакомить вас с этой важной составляющей бизнеса «Газпрома».

Для начала давайте разберемся с аббревиатурами.

ГЭС — это гидроэлектростанция. В качестве источника электрической энергии она использует энергию падающего водного потока. Обычно такие станции строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

ТЭС — это теплоэлектростанция. Она вырабатывает электрическую и тепловую энергию, сжигая какое-либо топливо — торф, уголь, мазут или газ. Такие станции снабжают потребителей не только электричеством, но и паром и горячей водой.

ТЭЦ — это теплоэлектроцентраль, разновидность ТЭС, основным продуктом деятельности которой является не электричество, а тепловая энергия.

ГРЭС — «государственная районная электростанция» (такая аббревиатура сохранилась с 20-х годов прошлого века, хотя такие станции уже давно не государственные и обслуживают не районы, а целые регионы). ГРЭС — это также теплоэлектростанция, предназначенная только для производства электроэнергии, и, как правило, она является очень крупным ее производителем. В настоящее время термин «ГРЭС» все чаще заменяют термином, описывающим принцип ее работы, — «конденсационная электростанция» (КЭС). 

«Газпром» — лидер российского энергетического рынка. Доля компании в выработке электроэнергии в России составляет порядка 17%. По итогам 2012 г. мы произвели в России 166,9 млрд кВт/ч электрической энергии и 101,1 млн Гкал тепловой энергии. Выручка Группы «Газпром» от продажи электрической и тепловой энергии в 2012 году составила 340,8 млрд руб.

Российские электроэнергетические активы Группы «Газпром» консолидированы в ООО «Газпром энергохолдинг», которое владеет контрольными пакетами акций ОАО «Мосэнерго», ОАО «ТГК-1», ОАО «ОГК-2» и ОАО «МОЭК». На фото — Правобережная ТЭЦ, Санкт-Петербург (ОАО «ТГК-1»).

В общей сложности это свыше 80 электростанций мощностью порядка 38 ГВт (электрическая энергия) и 71,2 тысяч Гкал/ч (тепловая энергия). «Газпром энергохолдинг» входит в десятку ведущих европейских производителей электроэнергии. На схеме — основные активы Группы «Газпром» в электроэнергетике.

Сразу отметим, что «Газпром» работает и на зарубежных рынках. В декабре 2013 года завершилась реализация нашего крупного инвестиционного проекта в Армении — был введен в эксплуатацию 5-й энергоблок Разданской ТЭС.

Это современная парогазовая установка мощностью 480 МВт, с вводом которой Группа «Газпром» заняла значительную долю на рынке электроэнергии Армении.

Другими перспективными зарубежными регионами для развития нашего электроэнергетического бизнеса являются Германия, Великобритания, Турция и Балканские страны. На фото — Разданская ТЭС.

Но вернемся в Россию. С 2007 года, когда были приобретены первые энергетические активы, «Газпром» превратился в крупнейшего инвестора в отечественную электроэнергетику. Мы уже выполнили более половины объема обязательств по строительству новых мощностей, принятых Группой при вхождении в отрасль (обязательства — ввести генерирующие мощности общим объемом порядка 9 ГВт в период с 2007 по 2016 год (это 1/3 от обязательств всех инвесторов в генерацию в стране), уже введено — более 5 ГВт).

В числе реализованных за эти годы проектов — ввод в эксплуатацию парогазовых энергоблоков на Киришской ГРЭС в Ленинградской области (на фото) и на Правобережной ТЭЦ в Санкт-Петербурге. К слову сказать, введенный на Киришской ГРЭС энергоблок является самой мощной парогазовой установкой в России — 800 МВт. Это крупнейший объект электрической генерации, введенный в нашей стране за последние 30 лет.

Также заработали новые гидроагрегаты на Лесогорской и Светогорской ГЭС в Ленинградской области, энергоблоки на ТЭЦ-26 и ТЭЦ-9 в Москве, Первомайской (на фото) и Южной ТЭЦ в Санкт-Петербурге, Калининградской ТЭЦ-2, Новочеркасской ГРЭС.

Особо отметим наш олимпийский проект — Адлерскую ТЭС в Сочи, которая была введена в эксплуатацию в январе 2013 года. Станция не только обеспечила энергией спортивные объекты зимних Олимпийских игр, но и имеет важнейшее значение для энергообеспечения Черноморского побережья Краснодарского края. Это высокотехнологичное сооружение с КПД энергоблоков 52%, электрической мощностью 360 МВт и тепловой — 227 Гкал/час.

На достигнутом мы не останавливаемся. В настоящее время ведется строительство парогазовых энергоблоков на Серовской и Череповецкой ГРЭС, а также ТЭЦ-12, ТЭЦ-16 и ТЭЦ-20 в Москве, угольных энергоблоков на Троицкой и Новочеркасской ГРЭС. На фото — строительная площадка угольного энергоблока мощностью 660 МВт на Троицкой ГРЭС в Челябинской области (этот проект уникален, в России такой блок появится впервые).

Далее в нашем репортаже мы подробнее остановимся на одном из недавно завершенных энергетических проектов «Газпрома» — реконструкции Каскада Вуоксинских ГЭС, который является базовым источником энергоснабжения Карельского перешейка Ленинградской области.

Проект этот был реализован ОАО «ТГК-1» в 2007–2013 гг.

Мощная, порожистая река Вуокса давно освоена гидроэнергетиками России и Финляндии. Перепад высот от истока до устья — 72 метра, поэтому именно здесь с конца XIX века строились первые деревянные плотины — прообразы современных гидроэлектростанций.

Лесогорская ГЭС — нижняя из гидроэлектростанций каскада — была спроектирована и построена финскими специалистами в 1934–1937 гг. Во время Великой Отечественной войны была частично разрушена. Ее восстановление началось практически сразу после освобождения Ленинградской области. 19 декабря 1945 года восстановленная ГЭС была пущена в эксплуатацию.

Строительство Светогорской ГЭС началось в конце 1930-х годов по финскому проекту. В 1940 г., после советско-финской войны, ГЭС перешла к СССР. Проект был переработан, строительство продолжено.

В августе 1941 года ГЭС была захвачена наступавшими финскими войсками. Финские инженеры продолжили достройку ГЭС по советскому проекту. В апреле 1944 года были проведены пробные пуски оборудования.

В 1944 году недостроенная ГЭС была освобождена советскими войсками, начались работы по ее достройке, закончившиеся в 1947 году.

По воспоминаниям ветеранов, финский оператор Светогорской ГЭС сдал смену советскому, отдал честь и покинул главный щит управления станции. Началась новая эпоха.

ГЭС бесперебойно проработали 60 лет, снабжая электроэнергией жителей Ленинградской области. Но любое оборудование рано или поздно вырабатывает свой ресурс и требует замены. Поэтому, став собственником электростанций, «Газпром» в 2007 году инициировал масштабную реконструкцию Каскада Вуоксинских ГЭС, полностью завершившуюся в декабре 2013 года. На фото — машинный зал Светогорской ГЭС до реконструкции.

Чтобы не останавливать работу ГЭС, было принято решение менять агрегаты по очереди (всего на двух станциях надо было заменить 8 агрегатов). Так энергобаланс региона не был нарушен, а энергетики получили уникальный опыт — монтаж нового оборудования без перестройки гидротехнических сооружений.

Сначала специалисты провели демонтаж старого оборудования. Так выглядит демонтированная гидротурбина Лесогорской ГЭС.

Основная функция гидротурбины — превращение механической энергии (энергии падающей воды) в энергию электрическую. Гидротурбина состоит из нескольких частей, наиболее массивной из которых является рабочее колесо. Вода поступает на лопасти рабочего колеса, которое начинает вращаться. Механическая энергия таким образом передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию.

В процессе монтажа гидротехнического оборудования были применены уникальные решения — новые агрегаты устанавливали на место старых с изменением конфигурации проточной части турбин.

Увеличилось и количество лопастей рабочего колеса: с 4 до 5. Также специально для этого проекта был разработан механизм поворота лопастей, в результате чего значительно увеличился коэффициент полезного действия турбины и более чем на 30% (по сравнению с прежним гидроагрегатом) повысилась ее мощность.

На монтажной площадке собирался сначала ротор (подвижная часть генератора, получающая энергию от вращения турбины), а затем статор (неподвижная часть генератора) каждого нового генератора.

После этого энергетики бетонировали фундамент статора и монтировали рабочие механизмы нового гидроагрегата.

Установка новых роторов производилась с помощью монтажного крана.

Операции по установке роторов в статоры гидроагрегатов были одними из самых серьезных этапов работы. Здесь требовалась особая точность, допустимые отклонения были минимальны.

Так бригада энергетиков устанавливала ротор гидроагрегата № 4 Лесогорской ГЭС.

Для реконструкции Каскада Вуоксинских ГЭС привлекли лучших специалистов не только из России, но и из Европы. Только во время монтажа нового оборудования было задействовано более 60 человек.

Вот так преобразился машинный зал Лесогорской ГЭС после окончания монтажа последнего реконструируемого гидроагрегата.

А это — его брат близнец, реконструированный машинный зал Светогорской ГЭС.

Каждый реконструированный гидроагрегат прошел испытания в режиме холостого хода генератора с последующей наладкой системы автоматического пуска и остановки агрегата.

Во время пуско-наладочных испытаний каждый генератор подключали к сети и тестировали систему регулирования мощности. После этого новый гидроагрегат работал непрерывно в течение 72 часов под номинальной нагрузкой.

Также во время реконструкции на обеих гидроэлектростанциях была установлена полностью автоматизированная система управления станцией на базе контроллеров Metso DNA.

Главный щит управления Светогорской ГЭС — «мозг» станции. За его бесперебойную работу отвечает начальник смены Евгений Беликов.

Директор Каскада Вуоксинских ГЭС Василий Пустоход (справа) и начальник оперативной службы Денис Чунин внимательно следят за работой оборудования Светогорской ГЭС.

Энергетики говорят, что работу генератора можно проверить с помощью простой монеты. Ставишь ее на ребро, прямо на корпус агрегата, — и если устоит, значит, все работает отлично. Мы проверили: монеты даже не шелохнулись!

После реконструкции мощность Каскада Вуоскинсинских ГЭС возросла почти на треть — с 184 МВт до 240 МВт. Пуск последнего реконструированного гидроагрегата — турбины Лесогорской ГЭС — стал настоящим праздником.

18 декабря 2013 года турбина была торжественно введена в эксплуатацию генеральным директором ОАО «ТГК-1» Андреем Филипповым и председателем комитета по ТЭК Ленинградской области Андреем Гавриловым.

Первыми полностью обновленный Каскад Вуоксинских ГЭС увидели школьники города Светогорска.

Для них занимательную экскурсию по Светогорской ГЭС провели сотрудники ОАО «ТГК-1». Некоторые ребята уехали со станции с новой мечтой — стать энергетиком.

А вечером по случаю завершения реконструкции был устроен городской праздник с концертом, лазерным шоу, фейерверком и угощением.

Директор Каскада Вуоксинских ГЭС Василий Пустоход получил во время праздника симбирцит — символ «новой энергии». Симбирцит — уникальный камень. Единственное месторождение этого минерала находится неподалеку от Ульяновска. Считается, что он способствует накоплению жизненной энергии, помогает избавиться от нерешительности, способствует эмоциональному равновесию и самоконтролю. В ОАО «ТГК-1» есть добрая традиция передавать симбирцит директору электростанции во время пуска.

Кульминацией праздника стало лазерное шоу у верхнего бьефа Светогорской ГЭС, экраном для которого послужило здание гидроэлектростанции. Шоу оказалось и красочным, и познавательным — гостям показали, как вырабатывается электроэнергия, как она поступает в наши дома и какую роль играет в нашей повседневной жизни.

На этом сюрпризы не закончились. В честь завершения реконструкции над акваторией Вуоксы прогремел салют. Дети и взрослые как завороженные наблюдали за красочным фейерверком.

Праздник закончился, гости разъехались, а Каскад Вуоксинских ГЭС продолжает день за днем надежно снабжать дома электричеством. О проделанной большой работе теперь будет напоминать этот монумент у Светогорской ГЭС.

И последнее. «Газпрому» не привыкать быть лидером. И мы четко осознаем, что такое положение обязывает нас всегда быть особо ответственными, надежными и эффективными, ни на минуту не прекращая движения к поставленным целям. Поэтому очередные современные энергетические установки уже в пути, и совсем скоро они дадут свои первые мегаватты и гигакалории. Так будет. Потому что энергия — это наша работа.

Фотографии большого размера вы можете найти в фотоальбоме

Источник: https://www.gazprom.ru/press/news/reports/2014/energy-is-our-job/

IT News

Дата Категория: Физика

У этой паровой турбины хорошо видны лопатки рабочих колес.

Тепловая электростанция (ТЭЦ) использует энергию, высвобождающуюся при сжигании органического топлива — угля, нефти и природного газа — для превращения воды в пар высокого давления. Этот пар, имеющий давление около 240 килограммов на квадратный сантиметр и температуру 524°С (1000°F), приводит во вращение турбину. Турбина вращает гигантский магнит внутри генератора, который вырабатывает электроэнергию.

Современные тепловые электростанции превращают в электроэнергию около 40 процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, остальная сбрасывается в окружающую среду. В Европе многие тепловые электростанции используют отработанную теплоту для отопления близлежащих домов и предприятий. Комбинированная выработка тепла и электроэнергии увеличивает энергетическую отдачу электростанции до 80 процентов.

Паротурбинная установка с электрогенератором

Типичная паровая турбина содержит две группы лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, входит в проточную часть турбины и вращает рабочие колеса с первой группой лопаток. Затем пар подогревается в пароперегревателе и снова поступает в проточную часть турбины, чтобы вращать рабочие колеса с второй группой лопаток, которые работают при более низком давлении пара.

Вид в разрезе

Типичный генератор тепловой электростанции (ТЭЦ) приводится во вращение непосредственно паровой турбиной, которая совершает 3000 оборотов в минуту. В генераторах такого типа магнит, который называют также ротором, вращается, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предупреждает перегрев генератора.

Выработка энергии при помощи пара

На тепловой электростанции топливо сгорает в котле, с образованием высокотемпературного пламени. Вода проходит по трубкам через пламя, нагревается и превращается в пар высокого давления. Пар приводит во вращение турбину, вырабатывая механическую энергию, которую генератор превращает в электричество. Выйдя из турбины, пар поступает в конденсатор, где омывает трубки с холодной проточной водой, и в результате снова превращается в жидкость.

Внутри котла

Котел заполнен причудливо изогнутыми трубками, по которым проходит нагреваемая вода. Сложная конфигурация трубок позволяет существенно увеличить количество переданной воде теплоты и за счет этого вырабатывать намного больше пара.

Источник: http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/243-kak-rabotaet-teplovaya-elektrostantsiya-tets

Электроэнергия из биогаза и применение биогазовой технологии

В последние годы существенно возрос интерес предпринимателей, инвесторов и общественности к биоэнергетике, базирующейся на воспроизводимых биологических ресурсах.

При этом более перспективным направлением признается получение электроэнергии из  отходов животноводства и растениеводства, а также ТБО и канализационных стоков.

В условиях стремительного роста цен на энергоресурсы заинтересованность в таких проектах вполне понятна и логична, ведь в государствах Центральной и Южной Европы подобные электростанции с большим успехом используются уже более двух десятилетий.

Электроэнергетические аспекты применения биогазовой технологии

При содержании метана 45–50% биогаз теоретически демонстрирует энергетический потенциал в размере 5 кВт⋅ч/м3.

При применении биогаза обеспечивается следующий выход энергии:

• в форме моторного топлива с получением электроэнергии – 34–36%;
• в форме котельного топлива 89–93%;
• в форме моторного топлива с обеспечением когенерации (одновременной выработки) тепловой, электрической энергии – 74–88%.

К ряду самых перспективных проектов в настоящее время относят когенерационные электростанции, функционирующие на базе микротурбинного оборудования.

Интерес к подобным установкам вызван их уникальными техническими свойствами, например, возможностью их работы без газоподготовки на разнообразных типах топлива.

Микротурбинное оборудование, функционирующее в когенерационном режиме, позволяет почти на четверть нарастить эффективность использования топлива и вдвое снизить эксплуатационные затраты (в сравнении с традиционными газопоршневыми устройствами).

Еще более перспективной и экономически выгодной следует признать выработку электричества из биологического газа с использованием топливных элементов. В данном случае обеспечивается прямое преобразование газа в электроэнергию, не требующее его сжигания. Помимо более высокой экологической чистоты процесса достигается более высокий его КПД.

Топливные элементы в данном случае являются простыми ячейками (своеобразными аккумуляторами), в которых идут химические реакции горючих веществ с окислителями. Вследствие этих реакций вырабатывается электричество.

Однако до конца задача эффективного использования биологического газа в топливных элементах пока не разрешена, поскольку их мембраны подвержены разрушению ввиду воздействия содержащихся в биогазе веществ.

Иностранная научная периодика свидетельствует о том, что в данное время исследования, связанные с поиском материалов для выполнения мембран, находятся в завершающей стадии. В частности, установлено, что малую восприимчивость к загрязнению имеют высокотемпературные материалы.

Присутствие CO2 в составе биогаза (15–50%) позволило немецким специалистам применить при производстве электроэнергии топливные компоненты группы MCFC, способные функционировать в среде, создаваемой  биогазом.

На катод таких компонентов, имеющих КПД 49 %, подается биогаз, а на анод – кислород.

Показатель себестоимости получения из биологического газа по схеме когенерации 1 кВт⋅ч электрической энергии составляет 0,16–0,25 руб. Однако, если применять газ исключительно для выработки электричества, то его себестоимость превысит себестоимость сетевой электроэнергии примерно на 35 %. Гораздо выгоднее обеспечить переработку отходов на биогазовой установке с обеспечением одновременного получения:

• газа;
• тепла;
• электричества;
• топлива для автомашин;
• биологических удобрений.

Что касается инвестиционного аспекта производства электроэнергии из биогаза, то капитальные затраты на 1 кВт базовой мощности биогазовой установки находятся в диапазоне €2000–4500 и зависят от типа биомассы и размеров установки.

Станции значительной мощности (свыше 10 МВт), функционирующие на сахарном жоме либо жировых отходах, демонстрируют капитальные затраты на 1 кВт в размере около €1500-1800.

Капитальные затраты на малые станции (до 1 МВт), применяющие навоз КРС, могут достигать €7000 на 1 кВт.

В таблице 1 приведены критерии наиболее экономически обоснованных биогазовых проектов с позиций наличия отходов, подлежащих утилизации.

Таблица 1. Критерии экономической обоснованности биогазовых проектов с позиций наличия отходов, подлежащих утилизации

Тип производства	Объемы отходов
свинокомплексы, имеющие отходы	от поголовья более 70000 голов
птицефабрики, имеющие отходы	от поголовья более 1000000 голов
комплексы КРС, имеющие отходы	от поголовья более 8000 голов
предприятия, имеющие зерновые отходы	более 30 т ежесуточно
спиртовые заводы, имеющие отходы	более 130 т ежесуточно
предприятия по очистке сточных вод, имеющие отходы	более 150 т ежесуточно
мясоперерабатывающие предприятия, имеющие отходы бойни	более 80 т ежесуточно
пивоваренные заводы, имеющие отходы	более 150 т ежесуточно
сахарные заводы, имеющие отходы	более 220 т ежесуточно

Эффективность применения биологического газа в существенной мере зависит от параметров неравномерности потребления энергии. Если объемы генерации газа могут быть достаточно стабильными и в продолжение года, и в течение суток, то электроэнергетические нагрузки подвергаются принципиальным изменениям.

Как итог, при спаде потребления объем получаемого биологического газа будет избыточным,  а при пиковых нагрузках – недостаточным.
В проектах, предусматривающих выработку электроэнергии из биогаза, требуется разрешать проблемы, связанные с наращиванием КПД применения газа.

В этом смысле к перспективным направлениям относят:

• обогащение биологического газа в целях применения его в виде моторного топлива для техники;
• аккумуляцию в газгольдерах излишнего биогаза в моменты спада потребления.

Развитие технологии получения электроэнергии из биогаза в России

Потенциал российского рынка биологического газа составляет в настоящее время свыше $18 млрд. Физические показатели ежегодного производства биогаза достигают 14 млрд. м3, что эквивалентно 9,5 млрд. м3 природного газа. Это является потенциалом для выработки 63 млрд. кВт⋅ч электроэнергии. При этом имеются ресурсы для производства биогаза в объеме 80 млрд. м3, что позволяет вырабатывать свыше 360 млрд. кВт⋅ч электроэнергии в год.

Предпосылки роста рынка производства электроэнергии из биогаза  связаны с:

• развитием сельскохозяйственного комплекса и пищевой отрасли, а следовательно, с увеличением отходов АПК;
• ростом тарифов на энергоресурсы, темпы которого сродни европейским;
• появлением механизмов сервисных контрактов в правовом поле;
• невысоким средним уровнем развития инфраструктуры энергетики;
• ростом цены подключения к энергосети;
• значительной стоимостью биоудобрений на российском рынке;
• нормативным ужесточением экологического права.

Предполагается, что развитие данного сегмента рынка будет более активным ввиду принятия в 2013 году правительственного постановления, ориентированного на обеспечение стимулирования применения воспроизводимых энергетических источников и на компенсацию тарифов по полученной подобным образом энергии. Предусмотрено, что  уровень тарифов, устанавливаемых на электроэнергию, полученную на биогазовых объектах, будет соответствовать розничным региональным ценам для промышленного потребления.

Развитие технологии получения электроэнергии из биогаза непосредственно связано с обеспечением экологического благополучия населения.

Поэтому российское научное сообщество уделяет этому аспекту особое внимание, отмечая, что биогазовые проекты должны пользоваться особыми мерами господдержки.

В частности, увеличению объемов электроэнергии, получаемой из биогаза, способствует реализация комплекса мероприятий, связанных с ужесточением контроля над выбросами и утилизацией отходов, собираемостью экологических платежей.

Заключение

При условии реализации государственных мер поддержки, ориентированных на развитие биогазовой отрасли, ее ожидает бурный и стремительный рост. Но даже отсутствие подобной поддержки не является значительным препятствием: при существенном росте тарифов на электроэнергию и увеличивающихся экологических платежах биогазовые проекты демонстрируют высокую рентабельность и быструю окупаемость.

Источник: http://biogaz-russia.ru/ehlektroehnergiya-iz-biogaza/

Беспроводная энергия для интернета вещей / research / #8 / the 3dexperience magazine

С помощью аналогичной химической реакции, основанной на уровне pH, растущие на полях культуры могут вырабатывать электричество для крохотного радиочастотного контура, отсылающего данные о состоянии грунта на компьютер фермера в беспроводном формате. «И это лишь начало пути в развитии альтернативных технологий сбора энергии», — говорит Блайлер.

Питание для интернета вещей

Разработчики всерьез взялись за создание альтернативных источников питания для тех устройств, которые сложно подключить по проводам. Во многом толчком к этому стал набирающий популярность Интернет Вещей (IoT). По данным компании Cisco, мирового лидера на рынке сетевых технологий, к 2020 году количество подключенных к Интернету устройств в 10 раз превысит число живых пользователей, то есть на 5 миллиардов людей придется 50 миллиардов «вещей» с выходом в сеть.

«НА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ НЕСКОЛЬКИХ МЕЛКИХ ВИНОГРАДИН ХВАТИТ, ЧТОБЫ ОБЕСПЕЧИТЬ ТОКОМ ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ СО СВЕРХНИЗКИМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ. И ЭТО ЛИШЬ НАЧАЛО ПУТИ В РАЗВИТИИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СБОРА ЭНЕРГИИ».

ДЖОН БЛАЙЛЕР ПРОФЕССОР ПОРТЛЕНДСКОГО УНИВЕРСИТЕТА, СПЕЦИАЛИСТ ПО СИСТЕМОТЕХНИКЕ

«Понемногу мы переходим в эпоху, когда вокруг нас будет сосредоточено множество устройств, и наиболее острой видится проблема питания такого оборудования», — говорит Вамси Талла, доцент Вашинг-тонского университета со специали-зацией в электротехнике.

«Только представьте – комната, а в ней сотни, если не тысячи, датчиков. Их преимущество в способности реализовать нескончаемое количество приложений.

Благодаря им будут возникать умные дома и целые города, фермеры станут следить за температурой почвы на полях, произ-водители нефтепродуктов контролировать расход, уровень и вязкость веществ; возможности просто колоссальные!»

Однако, говорит Талла, проблемой остается обеспечение этих многочисленных датчиков питанием. «Провода? Непрактично. Батареи? Требуют постоянной замены, добавляют стоимость, вес, габариты. Как ни крути, нужно элегантное решение. Поэтому, если удастся отказаться от батарей, взамен питая оборудование за счет собранной энергии, мечта об Интернете вещей из мечты превратится в реальность».

50 млрд

По прогнозу компании Cisco, к 2020 году на 5 млрд жителей Земли будет приходиться 50 млрд устройств с подключением к единой сети.

В настоящее время есть три основных источника энергии для автономных устройств.

«Речь о кинетической энергии – когда возвратно-поступательное, вращательное движение или вибрация приводят к производству электричества благодаря включению в схему электро-магнитов или других подобных материалов», — говорит Матиас Касснер, директор по маркетингу в компании EnOcean, которая занимается разработкой патентованных технологий беспроводной передачи электроэнергии. «Тепловую энергию – температурные колебания на близком расстоянии – можно преобразовать в электричество. Можно использовать источники энергии из окружающей среды, такие как свет, электромагнитные волны, а также
химические и биоэлектрические системы».

Энергия вибрации

Ученые значительно продвинулись в своих исследованиях в каждом из трех направлений.

Скажем, если говорить о кинетической энергии, компания Perpetuum из Саут-гемтона, дальше других продвинулась в разработке устройств для получения энергии из вибраций для постоянного поддержания в работе автономных, не требующих обслуживания промышленных беспроводных блоков датчиков. Блоки датчиков устанавливаются в поездах для отслеживания состояния подшипников – раньше эту работу приходилось выполнять вручную.

«У Perpetuum одни из лучших в мире образцов устройств с питанием за счет собираемой энергии», — говорит Рой Фриланд, президент компании, являющийся попутно председателем руководящего комитета и членом научно-консультативного комитета ZEROPOWER при Евросоюзе.

“IF WE CAN ELIMINATE BATTERIES AND INSTEAD POWER DEVICES USING HARVESTED ENERGY, IoT DEVICES WILL ACHIEVE MASS ADOPTION AND DEPLOYMENT AND, ULTIMATELY, FULFILL THE IoT DREAM.”

VAMSI TALLA DOCTORAL CANDIDATE IN ELECTRICAL ENGINEERING, UNIVERSITY OF WASHINGTON

«Уже сейчас по всему миру ходят десятки поездов с датчиками Perpetuum,которые работают на собираемой за счет вибрации электроэнергии. К примеру, будучи в отпуске, я могу достать смартфон и в реальном времени проверить состояние подшипников в поезде, который в 10:37 отправляется из Лондона в Брайтон. Вот вам превосходный пример массового применения Интернета Вещей и методов сбора энергии».

Датчики вибрации широко используются в технологических предприятиях. «Газовые, химические и электростанции, включая компании GE, Emerson и Honeywell – на всех технологических линиях ставятся системы сбора электроэнергии из вибрации для питания беспроводных сенсорных систем», — говорит Фриланд. «Это означает, что операторы в центральной диспетчерской имеют четкое представ-ление о состоянии всего оборудования,
в любой точке света».

Между тем компания GreenPeak Technologies, поставщик оборудования радиосвязи для беспроводных домашних систем разработала выключатель освещения, работающий без батарей. «Простым щелчком выключателя вырабатывается достаточно энергии для передачи сигнала лампе», — говорит Сиз Линкс, основатель и генеральный директор компании.

Энергия окру-жающей среды

Что касается тепловой энергии, компанией EnOcean создана технология для питания блоков датчиков за счет небольших колебаний температуры. Этот же принцип уже используется в фермерском хозяйстве для сбора данных с полей, в том числе сведений о температуре, влажности, сухости почвы, уровне pH и макронутриентов.

«Наша технология привела к появлению терморегуляторов с автономным питанием, которые автоматически контролируют отопление в помещении с учетом текущей температуры и наличия людей», — говорит Касснер. «Это позволяет снизить расходы на обогрев, а на их долю обычно приходится немалая часть коммунальной платы частных домов, примерно на 20-30%, без всякого участия хозяев».

Передовые технологии сбора энергии из окружающей среды включают в себя возможность передавать энергию удаленным устройствам по Wi-Fi. «Совсем недавно наша группа доказала возможность питания устройств от точки доступа Wi-Fi на расстоянии до 10 метров», — говорит Талла.

«Скажем, с помощью этой технологии нам удалось подать питание на камеру наблюдения». Еще одним вариантом энергии из окружающей среды является солнечный свет.

Компания Fujitsu разработала маяк с питанием от солнечных батарей толщиной всего 2,5 мм с возможностью крепления к искривленным поверхностям, углам, даже одежде.

В то же время два инженера из Массачу-сетского технологического института в Кембридже создали небольшую микросхему-конвертер, способную преобразовать до 80% солнечной энергии в электричество. Сами инженеры, Дина эль-Дамак и Ананта Чандракасан, отмечают, что их детище намного превосходит традиционные солнечные элементы, способные преобразовывать не более половины солнечного света в полезную электроэнергию.

В надежде на перспективы

Несмотря на впечатляющий потенциал технологий сбора энергии, эксперты в один голос твердят о том, насколько важно реалистично подходить к перспективам обширного применения передовых решений в повседневной жизни.

«Самый серьезный минус технологий сбора энергии в том, что устройства дают ее мизерное количество», — говорит Хришикеш Джайакумар, аспирант Университета Уэст-Лафейетт.

«Помимо этого, энергия поступает в динамическом режиме, иногда короткими всплесками, иногда непрерывным ручейком – кардинальное отличие от того, как работают батареи». На данный момент применение ограничивается устройствами, которым требуется совсем мало энергии, говорит Касснер.

«И еще – необходимо предусмотреть эффективный режим ожидания, в котором, пока система не работает, расходуются совсем уж крохи электричества», — говорит он.

Рой Фриланд советует потребителям не верить всему, что удается вычитать. «Недавно в известной газете я наткнулся на статью, где говорится о том, что в будущем мобильные телефоны станут собирать энергию из окружающих радиоволн», — говорит Фриланд. «Это абсурд, нарушение фундаментальных законов физики. В развитии технологий сбора энергии нужно придерживаться реалистичных предпосылок. Первый и основной постулат – собрать можно лишь крайне незначительное количество энергии».

Именно ввиду ограничений по количеству собираемой электроэнергии компания GreenPeak переключила свое внимание на создание новых, более эффективных батарей. «Мы три года пытались освоить рынок устройств сбора энергии», — говорит Линкс. «Несмотря на наличие ряда действительно перспективных направлений, для нас они оказались нецелесообразными с экономической позиции. В итоге мы погрузились в создание дешевых, верхмалоемких батарей со сроком службы более 10 лет».

Энергия будущего

Несмотря на все ограничения, новые принципы использования собранной энергии невозможно оставить без внимания, развитие этой отрасли стремительно продолжается.

Согласно данным WinterGreen Research, компании из Лексингтона, которая специализируется на прогнозировании и аналитике, к 2019 году мировой рынок устройств сбора энергии, который в 2012 году оценивался в $131,4 миллионов, вырастет до $4,2 миллиардов. Неизбежным прикладным сегментом видится построение «умных» городов.

«Более половины растущего населения планеты проживает в городах», — говорит Касснер. «Интеллектуальные системы контроля понадобятся для координации повседневной жизни людей и, одновременно, защиты окружающей среды.

Идея умного города предполагает осуществление автоматизированного управления дорожным движением, уличным освещением, поставками электроэнергии и перевозкой необходимых товаров, а также вывозом мусора. Реализовать это можно только с помощью миллиардов беспроводных блоков датчиков, которые собирают и пересылают необходимые данные».

Блайлер из Портлендского государственного университета, сделал такой прогноз: «Нас ждет увеличение числа приложений для Интернета Вещей, которые затронут все: от умных домов, где энергия выра-батывается из местных источников и передается без проводов, до подзарядки батарей в слуховых аппаратах. Качест-венный скачок ждет и рынок носимых гаджетов. Потребители со все большей неприязнью говорят о необходимости постоянно подзаряжать свои мобильные устройства».

«В целом нас ждет весьма интригующее будущее», — говорит Касснер. «Мы уверены, вскоре мир наводнит масса решений, эффект от которых окажется настолько же внушительным, как в свое время от появления компьютеров и мобильных телефонов». ◆

автор статьи Линдси Джеймс Вернуться к началу страницы

Источник: https://compassmag.3ds.com/ru/8/MIKROBIOM-CHELOVEKA/BESPROVODNAYA-ENERGIYA-DLYA-INTERNETA-VESCHEJ

Новости экономики и финансов СПб, России и мира

Энергосистема России централизована и замкнута в единую сеть — энергию вырабатывают крупные тепловые, атомные и гидроэлектростанции. Собственники бизнес–центров, заводов и жилых домов нередко устанавливают собственные источники электричества и тепла. Эти объекты малой генерации пока не могут отдавать излишки своей энергии в сети общего пользования, но позволяют бизнесу получить автономность и сократить издержки.

Нужен пропуск на рынок

По данным Минэнерго, в России 5% от установленных мощностей обеспечивает распределенная и малая энергетика — это 50 тыс. электростанций мощностью около 340 кВт. В 2016 году на электростанциях промышленных предприятий производилось 59,8 млрд кВт•ч. В энергетическом центре бизнес–школы «Сколково» оценивают долю объектов распределенной генерации в энергосистеме страны выше — в 9–10% (около 23 ГВт).

«Развитию распределенной энергетики в России мешает в первую очередь то, что на рынок не допускают производителей малых объемов электроэнергии и нет мощных инструментов балансирования. Пока не будут решены эти вопросы, на рынок не могут выйти сотни или даже тысячи новых игроков из малой генерации», — уверены в компании SAP.

Исследователи из «Сколково» полагают, что с помощью распределенной энергетики к 2023 году в России можно будет скомпенсировать не менее половины возможного дефицита мощностей.

Генерация для себя

Пока доля распределенной энергетики в Петербурге равна нулю, говорят в петербургском комитете по энергетике и инженерному обеспечению. К распределенной энергетике комитет относит только те объекты, которые подключены к сетям и могут отдавать в них энергию. Таких объектов в городе действительно нет. Малая генерация считается слишком нестабильной, чтобы подключать ее к сетям общего пользования.

Но промышленные предприятия, бизнес–центры и другие объекты строят источники энергии для собственных нужд. Например, в 2003 году собственную электростанцию построила в Петербурге пивоваренная компания «Балтика». «Мы инвестировали в электростанцию $7,5 млн, проект окупился, — говорят в компании.

— Собственная электростанция позволяет нам экономить средства на покупку электроэнергии — в среднем 1,5 рубля на 1 кВт•ч».

В числе преимуществ собственной электростанции в «Балтике» называют надежность и автономность в обеспечении электроэнергией, а минус заключается в том, что в случае неисправностей компания устраняет их за свои деньги.

У ГУП «Водоканал» есть три завода по сжиганию осадка сточных вод, на которых побочно вырабатывается тепло– и электроэнергия: еще 20 лет назад был построен завод на Центральной станции аэрации, 10 лет назад — на Северной станции аэрации и Юго–Западных очистных сооружениях.

«С помощью этих заводов Петербург полностью решил проблему утилизации осадка сточных вод. Кроме основного процесса сжигания заводы еще и производят побочный продукт — вырабатывают электроэнергию и тепло», — рассказали в «Водоканале».

Энергию используют на нужды самих заводов: в год вырабатывается примерно 47 700 Гкал тепла и 6 млн кВт•ч электроэнергии. «Генерация не очень большая, но мы обеспечиваем теплом свои производственные площади и сокращаем потребности в покупном электричестве», — поясняют в ГУПе.

Областной пример

Кроме того, «Водоканал» рассматривал возможность оборудовать установки станций выработки электроэнергии за счет биогаза, получаемого при сбраживании осадка сточных вод. Но ГУП счел это невыгодным.

«Результаты анализа показали, что внедрение сооружений по сбраживанию осадка сточных вод неокупаемо, пока в России не принят закон о стимулировании развития зеленой энергетики. Себестоимость биогаза сейчас будет в 2 раза больше, чем цена покупки природного газа.

А электроэнергия, полученная при когенерации биогаза, обойдется примерно на 30–50% дороже, чем на розничном рынке», — сетуют в «Водоканале».

Станция, которая уже получает энергию из такого газа, есть на территории Ленобласти — это мини–ТЭЦ ООО «Вирео Энерджи» мощностью 2,4 МВт. Это станция активной дегазации полигона ТБО «Новый Свет — Эко», она использует в качестве основного топлива свалочный газ. По данным комитета по топливно–энергетическому комплексу Ленобласти, доля этой станции в суммарной мощности электростанций области — всего 0,03%. Станцию дегазации планируют построить и на полигоне Новоселки в Петербурге.

К объектам распределения генерации в области можно также отнести 10 электростанций промышленных предприятий («Русал Бокситогорск», «Интернешнл Пейпер», «Кнауф Петроборд» и т. д.), их общая установленная мощность — 435,72 МВт.

В загородном строительстве автономные источники тепла и электричества более распространены. Как правило, для этого используются дизель–генераторы. А компания Quadro Electric Виталия Млынчика планирует запуск производства бытовых аккумуляторных батарей, которые смогут питать загородные дома.

«Сэкономить с помощью собственной генерации могут и физлица, и бизнес, но пока вывод на рынок излишков энергии практически невозможен. В то же время малая генерация для собственных нужд выгодна предприятиям. Особенно если они удалены от центров производства электроэнергии и имеют доступ к дешевым энергоносителям, например к попутному газу», — уверены в SAP.

В России энергетический комплекс исторически формировался как централизованная система. Перспективы распределенной энергетики обсуждаются все шире, но законодательной базы для нее пока нет.

Для ее развития необходимо установить долгосрочные тарифы с включением в них инвестиционной составляющей на период окупаемости оборудования.

Нужна разработка типовых договоров государственно–частного партнерства, предоставление объектам распределенной генерации независимо от их мощности возможности выхода на розничные рынки.

Майкл Миллер

директор по строительству компании «Северный город»

причина слабого развития распределенной энергетики в России — дешевизна российских ресурсов. При этом применение крышных котельных — достаточно развитая практика в Петербурге, хотя это не всегда выгоднее, чем присоединение к общим сетям энерго– и теплоснабжения. Теплогенерация при помощи газа обходится дороже, нежели подключение к городским сетям теплоэнергетики. Но индивидуальная или мелкогрупповая генерация будет развиваться с ростом цен на поставки энергии от монополистов.

Михаил Кириятских

руководитель проектов девелопмента и развития территорий Becar Asset Management Group

Источник: https://www.dp.ru/a/2017/12/06/JEnergija_po_raspredeleniju

Генераторы тока: переменного и постоянного

Отсутствие электричества сегодня не становится проблемой как в быту, так и в промышленности. Широкий ассортимент генераторов тока позволяет решить проблему быстро, с минимальными трудозатратами. Резервные источники питания незаменимы в современной реальности — всему нужна электроэнергия.

Гарантии, что подачу электроэнергии не прекратят в самый неподходящий момент – не может дать ни она организация.

Поэтому резервная электростанция на базе генератора постоянного или переменного тока  — важное, а зачастую незаменимое оборудование, которое обеспечивает непрерывность производства, комфорт в бытовой сфере, безопасность и непрерывность технологических процессов.

Что такое генератор тока

Когда нет электрической энергии, требуется получить её из другого источника. Наши предки, например, использовали силу ветра, течения рек. Впрочем, сегодня подобную энергию применяют, если не жалко времени и сил на возведение плотин и ветряков.

Генераторы тока стандартно «работают» на топливе, за счет вращения обмотки в магнитном поле преобразовывая механическую энергию вращения в электричество. Ток возникает в замкнутом контуре, протекает по обмоткам, когда к электростанции подключается потребитель — именно так работает генератор тока.

В зависимости от того, как вращается магнитное поле (при неподвижном или подвижном проводнике) различают два типа этих электрических машин — генераторы постоянного или переменного тока.

В чем разница между постоянным и переменным током

Вспоминаем уроки физики. Электроток — заряженные микрочастицы, которые «бегут» в определенном направлении. У постоянного тока частицы движутся по прямой, в одном направлении от минуса к плюсу. У переменного движение электронов идет по синусоиде с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за заданный промежуток времени).

Разница между движением заряженных частиц заложена в принцип работы генераторов электрического тока. Для простого обывателя можно сказать так: в розетке — переменный, в батарейке — постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, можно сказать так: всё что с напряжением до 48 Вольт — всё постоянный, всё что от 100 до 500 Вольт — переменный.

Автор статьи и специалисты Mototech прекрасно осведомлены о том, что и постоянный ток может иметь практически любое напряжение (например, 380 Вольт на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток для узких задач. 

В чем конструктивная разница между генераторами

Несмотря на то, что конечный результат работы электростанций один — потребитель получает электроэнергию, методы преобразования механической энергии в электродвижущую силу и электричество различаются. Элементы (комплектующие) также отличны.

Особенности конструкции генераторов переменного тока

Электростанция такого типа состоит из:

• Внешней силовой рамы, изготовленной из высокопрочных сплавов. Корпус рассчитан на интенсивную нагрузку, возникающую при передаче магнитного потока от полюса к полюсу. Проще говоря: чугунный кожух не «пробивается» разрядами тока.
• Магнитных полюсов, закрепленные на корпусе болтами или шпильками. На «плюс» и «минус» монтируется обмотка.
• Статора. Остов с катушкой возбуждения изготавливают из ферромагнитных материалов, на сердечнике устанавливают магнитные полюса, которые и образуют магнитное поле.
• Вращающегося ротора (якоря). Задача магнитопровода — снизить вихревые токи и повысить КПД генератора постоянного тока.
• Коммутационного узла, оснащенного щетками (обычно изготовленными из графита) и коллекторными пластинами из меди.

Полюсов может быть несколько (число минусов и плюсов всегда идентично).

Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электричеством как дом, так и промышленный объект.

Особенности конструкции генератора переменного тока

Конструктивной разницы в статоре и роторе между устройствами постоянного и переменного тока нет. Практически идентичны и силовые рамы. Существенное отличие в комплектации коммуникационного узла.

Каждый выход механизма помимо щеток оснащен токопроводящими кольцами. «Закольцованный» ток движется по синусоиде и несколько раз в секунду достигает пика мощности.

По типу устройства, характеристикам и принципу работы современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Специфика синхронного устройства: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.

Асинхронным машинам характерны:

• отсутствие электрической связи с ротором;
• вращение якоря под воздействием остаточного механизма статора;
• измененная электрическая нагрузка на статоре.

Такие агрегаты могут быть однофазными и трехфазными.

Принцип работы генератора постоянного тока

Простейший  по конструкции генератор работает следующим образом:

• Рамка вращается вокруг оси, расположенная на корпусе обмотка регулярно проходит через «минус» и «плюс» полюсов.
• Каждый раз при достижении разнополюсных точек, происходит смена направления тока на противоположное.
• Выходной цепи благодаря полукольцу, расположенному на коллекторном узле, создается постоянный ток.
• С помощью щеток с положительного или отрицательного полюса снимается потенциал и по схеме передается потребителю.

Такая схема работает в простейшей конструкции, с одним плюсом и минусом, если положительных/отрицательных точек больше, ЭДС и ориентировочное количество электроэнергии рассчитываются по формуле.

К преимуществам генераторов постоянного тока относят:

• небольшой вес и компактность агрегата;
• возможность использовать в экстремальных условиях;
• отсутствие потерь, связанных с вихревыми токами.

Минус: на большую мощность при использовании устройств такого типа рассчитывать не стоит.

Принцип работы генератора переменного тока

Устройства такого типа преобразуют механику в электроэнергию, вращая проволочную катушку в магнитном поле. Ток вырабатывается, когда силовые линии пересекают обмотку. До тех пор, пока магнитное поле соприкасается с проводником, в нем индуцируется электроток.
Идентичный принцип действует и в случае, если рамка вращается относительно магнита, пересекая силовые линии.

Основные достоинства генераторов переменного тока

В электростанциях с синусоидальной подачей тока отсутствует реактивная мощность. То есть весь запас электроэнергии (с вычетом потерь на проводах) расходуется на нужды потребителя, а не на поддержание работоспособности устройства.

Плюсами использования генераторов переменного тока являются:

• большая выходная мощность при одинаковых габаритах устройств постоянного и переменного тока;
• выработка электроэнергии на низких скоростях вращения ротора;
• проще конструкция и схема, соответственно, меньше узлов, нуждающихся в техобслуживании и ремонте;
• конструкция токосъемного узла отличается большей надежностью;
• больше эксплуатационный ресурс и меньше эксплуатационные затраты.

Дополнительное преимущество: агрегаты с трехфазным питанием можно использовать для питания высоковольтных потребителей.

Где применяются генераторы постоянного и переменного тока

Оба вида генераторов популярны в бытовой и промышленной сфере. Станции постоянного тока нашли применение в сфере транспорта. Так, в трамваях, троллейбусах обычно установлены двигатели, работающие на постоянном токе. Низковольтные устройства незаменимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к централизованной подачи электроэнергии.

Например, на борту самолетов. Если большая мощность — не основополагающая характеристика электростанции, то генераторы постоянного тока отлично справятся с питанием оборудования в учебных, медицинских учреждениях, лабораториях.

Полноценные дизельные электростанции постоянного тока используются на аэродромах для зарядки и питания бортовых систем летной техники. 

Электростанции переменного тока необходимы практически для всего остального. 99% того, что питается от централизованной сети — это устройства переменного тока. Соответственно, аварийное питание этих объектов так же должно осуществляться от соответствующего оборудования. 

Мototech специализируется на продаже электростанций различного типа. Поможем выбрать оптимальный вариант электростанции мощностью от 5 до 6000 кВА и конечно же, это будут электростанции переменного тока.

Мы обеспечим сопроводительные строительные и электромонтажные работы, грамотную пуско-наладку и обслуживание устройств.

С клиентами работают сотрудники с энергетическим образованием, поэтому квалифицированную информацию, ответы на вопросы и правильные расчеты характеристик в соответствии с вашими потребностями гарантируем.

Источник: https://mototech.ru/info/generatory-toka-peremennogo-i-postoyannogo/

Электричество. Электрический ток. Электростанции

Использование электричества стало уже настолько обыденной вещью, что никто уже и не замечает. Еще каких-нибудь 100-120 лет назад человечество не использовало этот «дар природы». Не будем рассматривать сейчас истоки возникновения электричества. Это тема отдельной статьи. Человек использует его, не задумываясь о его природе.

В самом деле, какое ему дело до общепринятых законов электрического тока? Оно есть — и все, чего еще? В основном электричество используют для освещения. Используют и различного рода электродвигатели для привода механизмов. Использование для отопления также широко развито. Существует великое множество электропечей.

Электроэнергия используются при необходимости обеспечения связи.

Радиоприем и телевидение также невозможны без него. Если в качестве радиоприемника можно использовать так называемый «детекторный» — он не требует для своей работы каких-либо источников электропитания, то радиопередатчик обязательно будет для своей работы использовать электропитание! Электричество широко используется во всех сферах жизни человека. И это в настоящее время наиболее экологически чистый источник энергии.

Батарейки

Широко применяемый сейчас мобильный телефон, по сути своей является радиостанцией с небольшой выходной мощностью. Для его питания используются аккумуляторные батареи.

Такая батарея способна накоплять определенную емкость заряда и затем отдавать его довольно длительное время. Если пользоваться мобильником не очень часто, то заряжать аккумулятор приходится раз в неделю.

Если пользуются смартфоном, — это такой тип карманного миникомпьютера, то срок использования заряда батарей довольно значительно сокращается.

В различного рода фонариках могут использоваться так называемые «сухие» элементы. Такой источник электроэнергии является одноразовым — при использовании всех возможностей его просто выбрасывают. Этот факт дает возможность выпускать довольно дешевые элементы питания. Из минусов — это засорение окружающей среды уже использованными. Обычно для производства сухого элемента используют цинк и соли марганца. Попав в почву, эти компоненты со временем могут нанести ей значительный вред.

Аккумуляторные батареи также используют для своей работы различные химические элементы, но срок их службы значительно больше, чем у элементов. Немаловажна в данном случае и цена. Аккумулятор стараются использовать «на всю катушку». То есть, до тех пор, пока он еще может выполнять свои функции.

 Электростанции

В России наиболее распространены тепловые электростанции, или централи, сокращенно ТЭЦ. Эти электростанции используют для выработки электроэнергии энергию от сжигаемого углеводородного топлива.

Несмотря на невысокий коэффициент полезного действия такие источники энергии широко распространены. В качестве топлива в них может применяться практически любой источник тепла. Это может быть торф, уголь, нефтепродукты, а также газ.

Разогретая вода в виде пара под высоким давлением попадает на лопатки турбины и заставляет вращаться генератор, вырабатывающий электрический ток.

Самыми экологически чистыми считаются гидроэлектростанции. Такие станции используют для выработки электроэнергии струю воды, падающую с высоты. Вода попадает на лопатки турбины и заставляет ее раскручиваться. Вращение турбины передается на генератор, который и вырабатывает электричество. ГЭС имеют недостаток, который заключается в необходимости строительства плотины на реке для получения достаточного запаса воды. Такой запас обеспечивает бесперебойную работу ГЭС в течении всего времени

В степных районах для производства электроэнергии можно использовать так называемые ветрогенераторы. Такие электростанции используют энергию ветра. Эта энергия тоже достается практически бесплатно. Воздушные потоки постоянно перемещаются в атмосфере, создавая благоприятные условия для работы генератора.

К недостаткам следует отнести непостоянство скорости воздушного потока. В отдельные дни ветра может и не быть совсем, поэтому для обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии используют аккумуляторные батареи.

Аккумулятор заряжается во время работы «ветряка» и способен отдавать накопленную энергию довольно длительный срок.

В южных районах, а летом и в средней полосе, можно использовать солнечные батареи. Современные разработки позволяют изготавливать их с КПД, достигающим двадцати процентов. Это довольно неплохой показатель, если учитывать, что солнечная энергия достается уже и вовсе бесплатно! В некоторых южных странах солнечные батареи являются чуть ли не единственным источником энергии.

Недостатки – это довольно высокая цена солнечных элементов и их избирательная способность преобразования только солнечной энергии. Также из недостатков следует выделить и довольно непродолжительный срок жизни фотоэлементов. Поток фотонов, попадая на такую батарею, способны вызвать довольно быстрое (10 лет) старение полупроводника, из которого изготовлены солнечные элементы.

При отсутствии солнца и в ночное время пользуются энергией, накопленной в аккумуляторах. Либо включают альтернативные источники — типа дизель/бензиновых генераторов. Такие генераторы представляют собой двигатель внутреннего сгорания то ли дизельный, то ли бензиновый, объединенный с генератором. По сути своей – это также теплоэлектростанция, но в миниатюре. Использование в качестве топлива бензина, либо дизельного топлива значительно удорожает производство электроэнергии, поэтому такие источники используются в так называемом «буферном» режиме, для непродолжительной работы

И, наконец, очень высокоэффективные источники тока — это атомные электростанции (АЭС). В качестве источника тепла в них используют энергию, полученную при делении атома тяжелого элемента. Чаще всего в качестве топлива используется изотоп урана. Но беда в том, что его залежей очень мало. По подсчетам экспертов этих запасов хватит лет на тридцать. Да и залежи сконцентрированы очень неравномерно.

Тепловая энергия, высвобождаемая при делении ядра урана, обладает огромной мощностью. Период полураспада урана — срок очень длительный, но под действием нейтронов реакция происходит стремительно. Поэтому приходится регулировать ее графитовыми стержнями. Как и любой ранее рассмотренный источник энергии, АЭС имеет свои недостатки. Основной недостаток заключается в очень высоком риске заражения окружающей среды радиоактивными отходами.

Небольшие атомные электростанции используют в подводных лодках и атомных ледоколах. В малых электростанциях легче обеспечить безопасный уровень радиации путем использования высокоэффективной защиты. Традиционно считается, что свинец способен ослаблять радиоактивный поток. Применение вместо свинца, например, вольфрама способно еще больше защитить обслуживающий персонал от риска заражения радиоактивным излучением.

В каждом конкретном случае при выборе источника электроэнергии приходится учитывать ряд факторов, применительно к местным условиям.

Однако есть и еще один не каждому известный тип получения электроэнергии при помощи изотопа урана. Там нет турбины, нет генератора. Там имеется термопара. Применяется в космосе, Изотоп нагревает один провод, а наружный провод охлаждается в холодном пространстве. В месте соединения возникает ток. Такой источник электроэнергии обеспечивает работу марсохода Кьюриосити.

При передаче электрического тока к потребителям следует учитывать падение напряжения на проводниках. Для уменьшения данного явления стараются использовать проводники большого сечения. Проводник имеет свое собственное удельное сопротивление, которое зависит от материала и толщины

Более толстый проводник, например, из меди способен пропустить и больший ток, чем проводник аналогичного сечения из алюминия. Не на много, но больше. В то же время стоимость медного проводника значительно выше стоимости алюминиевого. Исходя из этих соображений, выбирают тип и толщину проводника в линиях электропередач.

Для транспортировки на большие расстояния как нельзя лучше подходит алюминий. А вот для разводки по помещениям конечно медь. И дело не в удельном сопротивлении, а в том, что при разводке непременные разветвления. А это соединения проводов.

И если медный провод десятками лет держит соединение, то алюминиевый периодически надо поджимать.

Для уменьшения падения тока на проводах линии при транспортировке его приходится повышать в разы. Сколько этих раз — это зависит от цели транспортировки. Для этого используют повышающие и понижающие трансформаторы. Следует иметь в виду что трансформировать можно только переменный по направлению ток.

Постоянный ток перед трансформацией следует преобразовать в переменный. Объясняется это тем, что на вторичной обмотке трансформатора индуцировать ток может только переменное магнитное поле. Вот почему так привычно встречать надписи с указанием напряжения и обязательно частоты в 50 герц. Постоянный за направлением ток частоты не имеет, там заряды идут потоком, как вода по трубе.

На постсоветском пространстве существует стандарт 380/220 вольт 50 герц. В некоторых странах зарубежья используют частоту питающей сети 60 герц и другие напряжения 120 и даже 240 вольт. Сети с разными напряжениями и частотой уже нельзя объединить между собой без существенных потерь. Почему появились именно эти стандарты – сейчас трудно сказать. Честно говоря, скорее всего никто и не задумывался об этом всерьез.

Электричество

Ток — проще всего объяснить, что такое ток можно благодаря теории, которая гласит, что самой маленькой частичкой любого материала является атом. Атом состоит из ядра и электронов, которые крутятся вокруг. Частицы с положительным зарядом называются протоны, нейтроны электро-нейтральны, поскольку у них нет заряда. Электроны — это отрицательные частички. Сумма протонов равна сумме электронов. Из этого следует что атом электро-нейтральный.

Хотя если электрон отсоединяется или присоединяется еще один или несколько электронов — это будет уже не атом, а ион. Ионы по заряду бывают как положительные и отрицательные. Положительным он является, когда электрон отсоединяется, отрицательным является, когда электрон присоединяется.

Один из главных законов про электричество гласит, что разно заряженные частицы будут притягиваться, а частицы, имеющие одинаковый заряд отталкиваться. Область где заряды взаимодействуют друг с другом называется электрическим полем. Хотя на самом деле электрическое поле невозможно увидеть, обычно его обозначают линией. А эти линии носят название: силовые линии.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/raschjoty/elektrichestvo/

Электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века.

Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством.

Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?

Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта. Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.

Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы.

Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих.

Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.

Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.

Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили. В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.

Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!

Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы

Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку. Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги. Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?

Источник: http://geoenergetics.ru/2017/10/10/elektricheskij-tok-otkuda-on-beretsya-i-kak-dobiraetsya-do-nashix-domov/