Как получают электричество


Регистрация / Вход

Дата публикации: 9 октября 2019

Изобретатель Александр Бейн в 1841 году продемонстрировал способность простой почвы генерировать электричество. Он положил два куска металла в землю — один медный, другой цинковый — на расстоянии около 1 метра, соединив их проводами. В результате появилось напряжение 1 вольт, которого оказалось достаточно для питания часов, подключенных к цепи.

Технология не была забыта, а сегодня стала ещё актуальнее. Учёными ведутся поиски методов, с помощью которых можно извлекать энергию из грунта.

Зачем добывать электричество из земли

Для того, чтобы получить электричество, нужно найти разность потенциалов и проводник. Соединив всё в единый поток, можно обеспечить себе постоянный источник электроэнергии. Однако в действительности приручить разность потенциалов не так-то просто.
Природа проводит через жидкую среду электроэнергию огромной силы. Это разряды молнии, которые, как известно, возникают в воздухе, насыщенном влагой. Однако это всего лишь единичные разряды, а не постоянный поток электроэнергии.

Человек взял на себя функцию природной мощи и организовал перемещение электроэнергии по проводам. Однако это всего лишь перевод одного вида энергии в другой. Извлечение электричества непосредственно из среды остаётся преимущественно на уровне научных поисков, опытов из разряда занимательной физики и создания небольших установок малой мощности.


Проще всего извлекать электричество из твёрдой и влажной среды.

Единство трёх сред

Самой популярной средой в этом случае является почва. Дело в том, что земля – это единство трёх сред: твёрдой, жидкой и газообразной. Меду мелкими частичками минералов расположены капли воды и пузырьки воздуха. Более того, элементарная единица почвы – мицелла или глинисто-гумусовый комплекс представляет собой сложную систему, обладающую разницей потенциалов.

На внешней оболочке такой системы формируется отрицательный заряд, на внутренней – положительный. К отрицательно заряженной оболочке мицеллы притягиваются положительно заряженные ионы, находящиеся в среде. Так что в почве постоянно происходят электрические и электрохимические процессы. В более гомогенной воздушной и водной среде таких условий для концентрации электричества нет.

Природные источники энергии

В последнее время человечество пытается найти более доступные альтернативы для снабжения собственного жилища электрической энергией. А все потому, что уровень жизни стремительно растет, а вместе с ним увеличиваются и затраты на обслуживание жилых помещений привычными методами. То есть именно дороговизна и постоянный рост цен на коммунальные услуги заставляет людей искать более бюджетные источники энергии, которые так же смогут обеспечить подачу света и тепла в дома.


Бесплатное электричество своими руками

В настоящее время особой популярностью пользуются трансформирующие энергию из воздуха ветряки, расположенные на открытых пространствах, солнечные батареи, которые устанавливаются прямо на крышах домов, а также всевозможные гидравлические системы различной степени сложности. А вот идея добывать энергию из земных недр почему-то крайне редко применяется на практике, разве что при проведении любительских экспериментов.

Между тем уже сейчас народные умельцы предлагают несколько простых, но вместе с тем достаточно эффективных способов добычи электричества из земли для дома.

Самые простые способы добычи

Не секрет, что в почве (в отличие от воздушной среды) постоянно происходят электрохимические процессы, причина которых кроется во взаимодействии отрицательных и положительных зарядов, исходящих от внешней оболочки и недр. Эти процессы позволяют рассматривать землю не только как мать всего живого, но и в качестве мощнейшего энергетического источника. А для того чтобы воспользоваться им в бытовых нуждах, мастера чаще всего прибегают к трем проверенным способам добычи электричества из земли своими руками. К ним относят:


  1. Метод с нулевым проводом.
  2. Способ с одновременным применением двух разных электродов.
  3. Потенциал разных высот.

В первом случае обеспечение жилого помещения напряжением, достаточным для того, чтобы горело как минимум несколько лампочек, осуществляется за счет фазового и нулевого проводника. Но для того чтобы добиться поставленной цели, лампочку необходимо подключить не только к нулю, но и к заземлению, ведь если жилое помещение оснащено высококачественным заземляющим контуром, то большая часть потребляемой энергии уходит в почву, а такой контакт помогает ее оттуда частично возвращать.

Фактически речь идет о самой примитивной схеме «нулевой проводник — нагрузка — грунт», в которой вырабатываемая энергия не выводится на общий приборный счетчик, то есть ее использование является бесплатным. Однако есть у этого метода и существенный недостаток, который заключается в более чем низком напряжении, колеблющемся в диапазоне от 10 до 20 вольт, и если хочется увеличить этот показатель, то придется усовершенствовать конструкцию, применяя элементы посложнее.


Метод добычи энергии посредством использования двух разных электродов еще проще, так как для его применения на практике используется одна только почва. Естественно, это не может не отразиться и на конечном результате эксперимента, поэтому чаще всего подобные схемы не дают возможность получать напряжение больше 3 вольт, хотя этот показатель имеет свойство варьироваться в ту или иную сторону в зависимости от влажности и состава грунта.

Для проведения опыта достаточно погрузить в почву два разных проводника (обычно в ход идут стержни из меди и цинка), которые предназначены для создания разности между отрицательным (цинк) и положительным (медь) потенциалами. Обеспечить их взаимодействие между собой поможет концентрированный электролитный раствор, который можно приготовить самостоятельно, используя дистиллированную воду и обычную поваренную соль.

Уровень вырабатываемого напряжения можно поднять, если глубже погрузить электродные стержни и увеличить концентрацию соли в используемом растворе. Не последнюю роль в этом вопросе играет и площадь поперечного сечения самих электродов. Примечательно, что грунт, обильно политый электролитом, больше не сможет применяться для выращивания любых растений и культур. Этот момент обязательно следует учитывать, предусматривая качественную изоляцию во избежание засоления прилегающих участков.

Разница потенциалов может быть обеспечена и такими элементами, как крыша частного дома и грунт, но при условии, что кровля будет выполнена из любого металлического сплава, а поверхность земли перекрыта ферритом.

Однако и этот метод не даст значительных результатов, так как средний показатель напряжения, которое удастся получить таким способом, вряд ли превысит 3 вольта.


Альтернативная методика

Если рассматривать земной шар как один большой сферический конденсатор с отрицательным внутренним потенциалом, а его оболочку как источник положительной энергии, атмосферу как изолятор, а магнитное поле как электрогенератор, то для получения энергии достаточно будет просто подключиться к этому природному генератору, обеспечив надежное заземление. При этом конструкция самого устройства должна в обязательном порядке включать в себя следующие элементы:

  • Проводник в виде металлического стержня, высота которого должна превышать все расположенные в непосредственной близости объекты.
  • Качественный контур заземления, к которому подводится металлический проводник.
  • Любой эмиттер, способный обеспечить свободный выход электронов из проводника. В качестве этого элемента может быть использован мощный электрогенератор или даже классическая катушка Тесла.

Электричество из земли по Белоусову

Вся суть этого метода заключается в том, что высота используемого проводника должна обеспечивать такую разницу противоположных потенциалов, которая позволит электродам продвигаться не вниз, а вверх по погруженному в грунт металлическому стержню.


Что же касается эмиттера, то его основная роль заключается в высвобождении электродов, которые попадают в окружающую среду уже в виде чистых ионов.

И после того как атмосферный и электромагнитный потенциал земли сравняются, начнется выработка энергии. К этому моменту к конструкции уже должен быть подключен ее сторонний потребитель. В этом случае показатель силы тока в электрической цепи будет полностью зависеть от того, насколько мощным окажется эмиттер. Чем выше его потенциал, тем большее число потребителей можно подключать к генератору.

Естественно, соорудить такую конструкцию в пределах населенных пунктов своими силами практически невозможно, ведь все упирается в высоту проводника, которая должна превышать деревья и все сооружения, но сама идея может стать основой для создания масштабных проектов, позволяющих получать электричество из земли даром.

Способ 1 — Нулевой провод –> нагрузка –> почва

Напряжение в жилые помещения подается через 2 проводника: фазный и нулевой. При создании третьего, заземлённого, проводника между ним и нулевым контактом возникает напряжение от 10 до 20 В. Этого напряжения достаточно для того, чтобы зажечь пару лампочек.

Таким образом, для подключения потребителей электроэнергии к «земляному» электричеству достаточно создать схему: нулевой провод – нагрузка – почва. Умельцы эту примитивную схему могут усовершенствовать и получить ток большего напряжения.


получить электроэнергию из земли

Пример с заземлением

Этот способ подойдёт для владельцев частного дома. Когда жилище оснащено правильным контуром заземления, в грунт попадает часть тока, особенно при одновременной работе нескольких мощных электроприборов. Разница потенциалов между проводом заземления и фазой ноль может достигать 15-20 В. Так можно бесплатно зарядить телефон, счётчик его не будет учитывать.

Как получают электричество

Усовершенствовать метод можно путём установки трансформатора, так выровняется напряжение. Подключение аккумулятора во время, когда дома выключены главные потребители электроэнергии, даст возможность запастись энергией впрок. Вполне рабочий метод, который не подходит для квартир, поскольку трубы водопровода использовать нельзя, а подключение к земле и фазе может закончиться печально.

Способ 2 — Цинковый и медный электрод


Следующий способ получения электричества основан на использовании только земли. Берутся два металлических стрежня – один цинковый, другой медный, и помещаются в грунт. Лучше, если это будет грунт в изолированном пространстве.

Изоляция необходима для того, чтобы создать среду с повышенной солёностью, что несовместимо с жизнью – в таком грунте ничего расти не будет. Стержни создадут разницу потенциалов, а грунт станет электролитом.

получить электроэнергию из земли

В самом простом варианте получим напряжение в 3 В. Этого, конечно мало для дома, но систему можно усложнить, увеличив тем самым мощность.

Делаем свое электричество вдали от цивилизации

Публикуем еще одну статью от нашего гостя – Анатолия Скрябина, автора известных материалов о частном доме и дачном хозяйстве. Анатолий любезно предоставил нам на это раз материал о том, как можно сделать электричество в доме, если у вас нет подключения к электрическим сетям.


Чтобы лампочки освещали комнаты, чтобы была возможность использовать ноутбук и интернет, нужно электричество. А если до ближайшей линии электропередач 100 километров, то вам в вашем доме доступно только автономное электричество.

Какими путями можно реализовать автономное электроснабжение дома тогда, когда вам нужно питать электроприборы и освещение в глуши?

Давайте посмотрим возможные варианты.

Ветрогенераторы

Чтобы получать электрическую энергию за счет энергии ветра, можно использовать простейшие ветрогенераторы. Я еще вернусь к теме использования ветрогенератора на своем участке и распишу подробно, что и как.

А пока стоит понять одну простую истину – если ваш дом стоит в открытом поле, если ваш дом располагается на берегу большой реки и стоит на крутом яру, если с вашего участка открывается визуальная перспектива, то есть, присутствует большое открытое пространство, вы можете получать электричество при помощи ветра.

Если ваш дом стоит в лесу, если ваш участок окружен холмами, которые густо поросли растительностью, если в вашей местности больше тихих дней, чем ветреных, вам не светит ветровое электричество в прямом и переносном смысле.

Только тогда, когда имеется приличная ветровая нагрузка, имеет смысл ставить ветряк, чтобы получать от его генератора электроэнергию.

Существуют методы расчетов ветровой нагрузки, их мы еще коснемся в статьях на сайте. А чтобы прямо сейчас понять, стоит ли ставить ветровую генераторную установку на вашем участке, проделайте простую практическую работу.

Купите самый простой анемометр, который при помощи крыльчатки меряет скорость ветра.


Установите его на крыше своего дома и каждый день снимайте показания. Затем, в течение месяца записывайте эти показания и заносите в таблицу. Конечно, для полноценной уверенности вам понадобятся наблюдения во все четыре сезона, однако и первый месяц вам покажет, стоит ли вообще думать над этим вопросом.

Такая простая вещь как бытовой анемометр быстро развеет ваши иллюзии насчет дарового электричества за счет ветра. Или, наоборот, укрепит в желании продолжать дальнейшие работы в этом направлении.

Солнечные батареи

Про использование энергии солнца для получения дармового электричества сейчас не пишет разве что ленивый. Чтобы понять, сможете ли вы получать солнечную электроэнергию на своем участке, вам стоит проделать такой же простой эксперимент, как и в случае с определением ветровой нагрузки.

Купите самую дешевую зарядку для ноутбука на солнечных фотоэлементах. Выставьте ее на южную сторону вашего дома, в идеале – разместите на южном скате крыши вашего дома.

Подключите к этой зарядке самую минимальную нагрузку, например, сотовый телефон. И смотрите, насколько маломощная солнечная зарядка справляется с подзарядкой телефонного аккумулятора. Пишите данные на протяжении месяца во все дни – солнечные и пасмурные. Пишите данные даже тогда, когда солнца нет, и идет дождь или снег. Даже в такие дни земная поверхность получает достаточно большое количество световой энергии солнца.

После месяца наблюдений вы сможете переложить ваши «игрушечные» данные на те мощности, которые вы собираетесь использовать в реальной жизни.

Вы четко поймете, какой площади солнечные элементы вам понадобятся, чтобы запитать телевизор, холодильник, стиральную машину и компьютеры в своем автономном доме.

Точные подсчеты займут некоторое время и потребуют вычислений, но принцип, надеюсь, ясен.

Источник: stroi-s-ka.ru

Как получить электричество из воздуха в домашних условиях

Опыты Николы Тесла показали, что получать электричество из воздуха своими руками можно без особого труда. В наше время, когда атмосфера пронизана различными энергетическими полями, эта задача упростилась. Все, что производит излучения (теле- и радиовышки, ЛЭП и т. п.) создает энергетические поля.

Принцип получения электричества из воздуха очень прост: над землей поднимается пластина из металла, которая играет роль антенны. Между землей и пластиной возникает статическое электричество, которое, со временем накапливается. Через определенные временные интервалы происходят электрические разряды. Таким образом генерируется, а затем используется атмосферное электричество.

Схема получения атмосферного электричества своими руками
Схема получения атмосферного электричества своими руками

Такая схема достаточно проста ‑ для генерации потребуется только металлическая антенна и земля. Потенциал, который устанавливается между проводниками, со временем накапливается, хотя рассчитать его силу невозможно. При достижении определенного максимального значения потенциала происходит разряд тока, подобный молнии.

Достоинства

  • Простота. Принцип легко можно апробировать дома;
  • Доступность. Не нужны никакие приборы и сложные приспособления – достаточно токопроводящей пластинки.

Недостатки

  • Невозможность просчитать силу тока, что может быть опасно;
  • К образованному при работе открытому контуру заземления притягиваются молнии. Удар молнии может достигать напряжения 2000 вольт, а это очень опасно. Именно поэтому способ не получил широкого распространения.

Где уже используют атмосферное электричество

Тем не менее, есть примеры использования приборов, работающих по описанному принципу — ионизатор люстра Чижевского уже не первое десятилетие продается и успешно работает.

Еще одной рабочей схемой получения электроэнергии из воздуха является генератор TPU Стивена Марка. Устройство позволяет получить электроэнергию без внешней подпитки. Многими учеными эта схема апробирована, но широкого применения пока не нашла из-за своих особенностей. Принцип действия этой схемы в создании резонанса токов и магнитных вихрей, которые способствуют возникновению токовых ударов.

В настоящее время в Грузии тестируется генератор Капанадзе. Этот источник энергии также работает без внешней подпитки и добывает электричество из воздуха без дополнительных ресурсов.

готовый к работе генератор Капанадзе
На фото готовый к работе генератор Капанадзе

Выводы

Новые способы получения дешевой энергии у многих ученых вызывают опасения из-за вмешательства в процессы атмосферы и ионосферы. Их влияние на возникновение и течение жизни на Земле изучено слабо, поэтому воздействие может пагубно отразиться на состоянии планеты.

Но лично я считаю, что технология атмосферного элекричества тормозится умышленно. Более того, существует факт масштабного использования электричества из воздуха до 1917 года. На видео ниже вы сами можете убедиться в существовании электроэнергии даже в 17 веке. 

Источник: otlad.ru

Пользу, а иногда и необходимость электричества недооценить сложно. Особенно в чрезвычайных условиях. Вам может понадобиться подзарядить рацию, фонарик или мобильный телефон. В данной статье мы расскажем о способах альтернативного получения электроэнергии из подручных материалов.

Деревья

Для практически любого простейшего способа получения электричества  без подключения к уже имеющейся электрической сети, обязательно понадобятся гальванические элементы, а именно два металла, которые в паре образуют разнополярные анод и катод соответственно. Теперь остается воткнуть в ближайшее дерево один из них, например алюминиевый стержень или железный гвоздь так, чтобы он полностью вошел через кору в сам ствол дерева, а другой элемент, например медную трубку, воткнуть в почву рядом, чтобы она вошла в землю на 15-20 см. Возможно даже между медной трубкой и алюминиевым стержнем возникнет напряжение в приблизительно 1 Вольт. Чем больше стержней вы вставите в дерево, тем лучше будет качество электроэнергии, добываемой таким способом. После окончания добычи электричества обязательно наведите порядок, замажьте поврежденные места на дереве смолой.

Фрукты

Как получают электричествоАпельсины, лимоны и другие цитрусовые, – все это идеальный электролит для выработки электричества в экстремальных условиях, особенно если экстремальная ситуация застала вас недалеко от экватора. Помимо уже известных алюминия и меди, можно использовать более эффективные золото и серебро если на вас или вашей спутнице остались украшения, доведя напряжение вашего электричества аж до 2 Вольт. Если вы занимаетесь получением электроэнергии с целью освещения, то в качестве лампочки может служить стеклянная колба с кусочком обугленного бамбукового волокна в качестве нити накаливания. Эту кустарную нить накаливания использовал для первой лампочки в мире сам Эдиссон.

Вода

Если у вас есть медная проволока и фольга, получение электричества в этом случае, займёт минимум усилий. Наполняем несколько стаканов соленой водой и соединяем их медной проволокой, от стакана к стакану. На один конец каждого провода, соединяющего стаканы, должна быть намотана алюминиевая фольга. Соответственно чем больше проволоки и стаканов. тем выше ваши шансы! Такой тип устройства был изобретен еще в 18-м веке, он называется “Вольтов столб”. Но в этом случае используются медно-цинковые элементы. Схема их изготовления показана ниже:

Картофель

Как получают электричествоИз клубней обычной картошки, тоже  можно получить электричество , все что вам понадобится, это соль, зубная паста, провода и картофелина. Разрежьте её пополам ножом, через одну половинку проведите провода, в то время как в другой сделайте по центру углубление в форме ложки, после чего наполните её зубной пастой, смешанной с солью. Соедините половинки картошки, причем провода должны контачить с зубной пастой, а их самих лучше зачистить. Все! Теперь вы можете при помощи вашего генератора электричества, зажигать костры от электрической искры.

Изготовление аккумулятора

Свинец и серная кислота уже не один десяток лет зарекомендовали себя как универсальный генератор электричества с превосходным качеством электроэнергии, использующийся повсеместно, например в аккумуляторах различных транспортных средств . Для этого вам понадобятся оба компонента, соединить которые нужно в керамической посуде (найти в экстремальных условиях глину и обжечь её не должно составить для вас труда, это относится и к стаканам в случае получения электричества из соленой воды). Если вопрос остался за серной кислотой, то получить её из серы, обжигая её при избытке кислорода и воды, не трудно. Если нет ни того ни другого, электричество  принесет вам минерал “галенит” , который уже при температуре 327 градусов в смеси с углем расплавляется на серу и свинец.

Источник: lastday.club

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

Как получают электричествоВ 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

Поделитесь ссылкой со своими друзьями:

Источник: prometey-energy.ru

История[править | править код]

Основной принцип выработки электроэнергии был открыт в 1820-х и начале 1830-х годов британским ученым Майклом Фарадеем . Его метод, который используется и сегодня, заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при движении этого контура между полюсами магнита, возникает электрический ток.

С развитием техники экономически выгодной стала следующая схема производства электричества. Электрические генераторы, установленные на электростанции, централизованно вырабатывают электрическую энергию в виде переменного тока. С помощью силовых трансформаторов электрическое напряжение вырабатываемого переменного тока повышается, что позволяет передавать его по проводам с низкими потерями. На месте потребления электрической энергии, напряжение переменного тока снижается с помощью понижающих трансформаторов и передаётся потребителям. Электрификация наряду с бессемеровским способом выплавки стали стала основой Второй промышленной революции. Основные изобретения, сделавшие электричество общедоступным и незаменимым, сделали Томас Алва Эдисон и Никола Тесла .

Производство электроэнергии на центральных электростанциях началось в 1882 году, когда на станции Пёрл-стрит в Нью-Йорке[1] паровой двигатель, приводил в движение динамо-машину, которая производила постоянный ток, для освещения Пёрл-стрит. Новая технология была быстро внедрена во многих городах по всему миру, которые быстро перевели осветительные фонари на электрическую энергию. Вскоре после этого электрические лампы стали широко использоваться в общественных зданиях, на предприятиях и для питания общественного транспорта, (трамваев и поездов). С тех пор производство электрической энергии в мире постоянно возрастает.

Способы выработки электроэнергии[править | править код]

Основным способом производства электрической энергии является её выработка электрическим генератором, находящимся на одной оси с турбиной и преобразующим кинетическую энергию вращения турбины в электричество. В зависимости от вида рабочего агрегата, вращающего турбину электростанции делятся на гидравлические и тепловые (включая ядерные).

Гидроэнергетика[править | править код]

Гидроэнергетика — отрасль производства электроэнергии от возобновляемого источника, использующая для производства электроэнергии кинетическую энергию водного потока. Предприятиями по производству энергии в этой области являются гидроэлектростанции (ГЭС), которые строят на реках.

При строительстве гидроэлектростанции с помощью плотин на реках искусственно создается перепад уровней водной поверхности (верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний специальными водоводами, в которых расположены водные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина вращает соосный ротор электрогенератора.

Особой разновидностью ГЭС является гидроаккумулирующие электрические станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы.

Тепловая электроэнергетика[править | править код]

Предприятиями тепловой электроэнергетики являются тепловые электростанции (ТЭС), на которых в электрическую энергию превращается тепловая энергия сгорания органического топлива. Тепловые электростанции бывают двух основных видов:

Конденсационные (КЭС, для которых в прошлом использовалась аббревиатура ГРЭС — государственная районная электростанция). Конденсационной называют тепловую электростанцию, которая предназначена исключительно для производства электрической энергии. На КЭС тепло, которое было получено при сжигании топлива, нагревает воду в парогенераторах, и образовавшийся перегретый водяной пар подается в паровую турбину, на одной оси с которой находится электрический генератор. В турбине внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию, которая в электрическом генераторе создает электрический ток, подаваемый в электрическую сеть. Отработанный пар отводится в конденсатор. Оттуда сконденсировавшаяся вода перекачивается насосами обратно в парогенератор.

Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикационной называется тепловая электростанция, в которой часть тепловой энергии направляется на выработку электрической энергии, а часть поступает для обогрева окрестных жилых районов. Комбинированная выработка тепла и электрической энергии на ТЭЦ значительно повышает эффективность использования топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях, а тепла для обогрева — в домашних котельных установках

Технологические схемы КЭС и ТЭЦ похожи. Принципиальное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в том, что часть образовавшегося в котле пара идет на нужды теплоснабжения.

Ядерная энергетика[править | править код]

В ядерной энергетике для производства энергии и тепла используется ядерная энергия. Предприятиями ядерной энергетики являются атомные электростанции (АЭС). Принцип выработки электроэнергии на АЭС то же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании органического топлива, а в результате ядерной реакции в ядерном реакторе. Дальнейшая схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: парогенератор получает тепло от реактора и вырабатывает пар, тот поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС их рентабельно использовать только для производства электричества, хотя отдельные эксперименты в области атомной теплофикации проводились.

Альтернативная электроэнергетика[править | править код]

К альтернативной электроэнергетике относятся способы генерирования электроэнергии, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с «традиционными» (упомянутыми выше), но по разным причинам не получили широкого распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии. Интересно, что согласно закону Беца КПД ветряной турбины не может быть больше, чем 59,3 %

Солнечная энергетика (гелиоэнергетика) — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей посредством фотоэлектрического эффекта. Солнечные батареи преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Несмотря на то, что солнечный свет бесплатен и имеется в изобилии, крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электростанциях, обходится дороже, чем производство электроэнергии с помощью электрических генераторов. Это связано с высокой стоимостью солнечных батарей, которая, однако, постоянно снижается. В настоящее время коммерчески доступны батареи с КПД преобразования почти 30%. В экспериментальных системах была продемонстрирована эффективность более 40%[2]. До недавнего времени фотоэлектрические устройства чаще всего использовались на космических орбитальных станциях, в малонаселенных местах, 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, значительно ускорили развертывание солнечных панелей. Установленная мощность растет на 40% в год благодаря росту производства электроэнергии в Марокко[3], Германии, Китае, Японии и США. Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики является необходимость создания аккумулирующих мощностей для функционирования в ночное (для гелиоэнергетики) или безветренное (для ветроэнергетики) время.

Геотермальная энергетика — промышленное получение энергии, в частности электроэнергии, из горячих источников, термальных подземных вод. По сути, геотермальные станции являются обычными ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара вместо котла или ядерного реактора используются подземные источники тепла из недр Земли. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где эти природные источники тепла являются самыми доступными.

Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода является абсолютно экологически чистым (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика пока не может из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах.

Стоит также отметить такие альтернативные виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях для производства электрической энергии используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения очень многих факторов при проектировании электростанции: необходимо такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильными и устойчивыми.

Электрохимия[править | править код]

Электрохимическая выработка энергии происходит в процессе прямого преобразования энергии химических связей в электричество, как, например, в батарее. Электрохимическое производство электроэнергии важно в портативных и мобильных приложениях. В настоящее время большая часть электрохимической энергии поступает от батарей[4]. Первичные элементы, такие как обычные цинк-углеродные батареи, действуют непосредственно в качестве источников энергии в то время, как вторичные элементы (аккумуляторные батареи) используются хранения электроэнергии, а не для её выработки. Открытые электрохимические системы, известные как топливные элементы, могут использоваться для извлечения энергии из природного или синтетического топлива.

В местах, где много соленной и пресной воды возможно создание осмотических электростанций.

Экономика производства электроэнергии[править | править код]

Строительство объектов электроэнергетики очень затратно, срок их окупаемости велик. Экономическая эффективность того или иного способа производства электроэнергии зависит от многих параметров, в первую очередь, от спроса на электроэнергию и от региона. В зависимости от соотношения этих параметров варьируются и отпускные цены не электроэнергию, например, цена электроэнергии в Венесуэле составляет 3 цента за кВтч, а в Дании — 40 центов за кВтч.

Выбор типа электростанции также основывается в первую очередь на учете местных потребностей в электроэнергии и колебаниях спроса. Кроме того, все электрические сети имеют различные нагрузки, но электростанции, которые подключены к сети и работают непрерывно должны обеспечить базовую нагрузку — дневной минимум потребления. Базовую нагрузку могут обеспечить только крупные тепловые и атомные электростанции, мощность которых можно в определенных пределах регулировать. В гидроэлектростанциях возможность регулирования мощности значительно меньше.[источник не указан 454 дня] [источник не указан 454 дня].

Тепловые электростанции предпочтительно строить в районах с высокой плотностью промышленных потребителей. Отрицательное влияние загрязнения местности отходами может быть сведено к минимуму, поскольку электростанции обычно располагаются вдали от жилых районов. Существенным для теплоэлектростанции является вид сжигаемого топлива. Обычно самым дешевым топливом для тепловых электростанций является уголь. Но если цена природного газа опускается ниже определенного предела, его использование для выработки электроэнергии становится более предпочтительным чем выработка электроэнергии путем сжигания угля[6].

Главным достоинством атомных электростанций является большая мощность каждого энергетического блока при относительно небольших размерах и высокая экологичность при чётком соблюдении всех правил работы. Однако потенциальные опасности от сбоя атомных станций очень велики.

Гидроэлектростанции строятся, как правило, в отдаленных районах и являются чрезвычайно экологичными, но их мощность сильно меняется в зависимости от времени года, и они не могут регулировать выдаваемую в электрическую сеть мощность в широких пределах.

Стоимость выработки электроэнергии из возобновляемых источников (за исключением гидроэнергии) в последнее время значительно упала. Стоимость электроэнергии, добываемой из солнечной энергии, энергии ветра, энергии приливов во многих случаях уже сопоставима со стоимостью электроэнергии, добываемой на тепловых электростанциях. С учётом государственных субсидий строительство электростанций работающих с возобновляемыми источниками экономически целесообразно. Однако главный недостаток подобных электростанций — непостоянный характер их работы и невозможность регулировать их мощность.

В 2018 году производство электроэнергии на ветровых электростанциях, расположенных в море, стало дешевле производства электроэнергии на атомных электростанциях[7].

Экологические проблемы[править | править код]

Различия между странами, производящими электроэнергию, влияют на озабоченность состоянием окружающей среды. Во Франции только 10% электроэнергии вырабатывается из ископаемого топлива, в США этот показатель доходит до 70%, а в Китае — до 80%[8]. Экологичность производства электричества зависит от типа электростанции. Большинство ученых сходятся во мнении, что выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов от производства электроэнергии на основе ископаемого топлива составляют значительную часть мировых выбросов парниковых газов; в Соединенных Штатах на выработку электроэнергии приходится почти 40% выбросов, самый большой из всех источников. Транспортные выбросы сильно отстают, обеспечивая около трети производства диоксида углерода в США[9]. В Соединенных Штатах сжигание ископаемого топлива для выработки электроэнергии является причиной 65% всех выбросов диоксида серы, основного компонента кислотных дождей[10]. Производство электроэнергии является четвертым по величине комбинированным источником NOx, окиси углерода и твердых частиц в США[11]. В июле 2011 года парламент Великобритании констатировал, что при выработке одного киловатт-часа «выбросы (двуокиси углерода) в ядерной энергетике примерно в три раза ниже, чем на солнечных электростанциях, в четыре раза ниже, чем при сжигании обогащенного угля, и в 36 раз ниже, чем при сжигании обычного угля»[12].

Источник: ru.wikipedia.org


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.