Реферат на тему Производство, преобразование, распределение, накопление и передача энергии как технология

Содержание:

Введение 3

1. Производство и преобразование энергии 5

2. Распределение, накопление и передача энергии 7

Заключение 12

Список литературы 13

Введение:

Актуальность темы. Ученые определяют энергию как способность совершать работу. Современная цивилизация возможна благодаря тому, что люди научились преобразовывать энергию из одной формы в другую, а затем использовать ее для выполнения работы. Люди используют энергию для ходьбы и езды на велосипеде, для движения автомобилей по дорогам и лодок по воде, для приготовления пищи на плитах, для изготовления льда в морозильных камерах, для освещения наших домов и офисов, для производства продуктов и для отправки космонавтов в космос.

Энергия также является сохраняемой величиной с конечным количеством во Вселенной, хотя ее запас практически безграничен. Ее можно измерять и хранить различными способами, но она не является материальной субстанцией, хотя и может быть преобразована непосредственно в материю.

Энергия необходима для всей жизни и всех процессов, происходящих во всей Вселенной. На Земле солнце является конечным источником всей энергии, доступной и используемой людьми, животными, растениями и микроорганизмами. Эта энергия может поступать напрямую, например, в форме фотосинтеза, или косвенно, например, в виде ископаемого топлива, которое давно улавливает энергию солнца, высвобождаемую при сгорании.

Большая часть энергоснабжения для повседневной жизни поступает в основном из ископаемого топлива, ядерной энергии и возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и биомасса. Электричество или электрическая энергия вырабатывается с использованием этих форм, в основном в крупномасштабной генерации, но также и в мелкомасштабном и автономном производстве. Электричество относится к отдельной категории, поскольку является энергоносителем, а не первичным источником.

Электричество не находится в свободном доступе в природе, поэтому его необходимо «производить» (то есть преобразовывать другие формы энергии в электричество). Производство осуществляется на электростанциях (также называемых «электростанциями»). Электричество чаще всего вырабатывается на электростанции электромеханическими генераторами, в основном приводимыми в действие тепловыми двигателями, работающими на сжигании или ядерном делении, а также с помощью других средств, таких как кинетическая энергия текущей воды и ветра. Другие источники энергии включают солнечную фотоэлектрическую энергию и геотермальную энергию.

С момента открытия электричества мы искали эффективные методы хранения этой энергии для использования по требованию. За последнее столетие отрасль хранения энергии продолжала развиваться, адаптироваться и внедрять инновации в ответ на меняющиеся потребности в энергии и достижения в области технологий.

Исходя из всего вышесказанного, тема работы является актуальной.

Цель работы: проанализировать и рассмотреть особенности производства, преобразования, распределения, накопления и передача энергии как технологии.

Задачи работы:

1. Проанализировать производство и преобразование энергии.

2. Рассмотреть распределение, накопление и передачу энергии.

Структура работы. Работа состоит из введения, двух разделов, заключения и списка литературы.

Заключение:

Итак, энергия доступна в различных формах, и у нее может быть бесчисленное множество применений. Энергия во многих ее формах может быть использована в естественных процессах, для оказания некоторых услуг обществу, таких как отопление, охлаждение, освещение или выполнение механической работы для приведения в действие машин.

Технология преобразования энергии относится к любой системе, которая преобразует энергию из одной формы в другую. Многие преобразователи энергии, широко используемые сегодня, связаны с преобразованием тепловой энергии в электрическую.

Основная цель электростанций — использовать топливо, такое как уголь, природный газ или уран, и преобразовывать его в электричество. Это делает электростанции технологией преобразования энергии, и на сегодняшний день они являются крупнейшими технологиями преобразования энергии.

Технология распределения энергии — это совокупность искусственных систем, которые транспортируют энергию, включая первичные энергетические материалы, такие как уголь или сырая нефть, или энергетические валюты для конечного использования, такие как бензин или электричество. Они необходимы для энергетического сектора, поскольку позволяют транспортировать эти товары по всему миру для стимулирования экономики.

Накопление энергии — это улавливание энергии, произведенной в один момент времени, для использования в более позднее время для уменьшения дисбаланса между спросом на энергию и производством энергии. Устройство, накапливающее энергию, обычно называют аккумулятором или батареей. Передача энергии — это процесс, посредством которого энергия перемещается из одной системы в другую.

Таким образом, цель работы достигнута, задачи решены.

Фрагмент текста работы:

1. Производство и преобразование энергии

Производство энергии относится к тому, сколько первичной энергии страна извлекает из природы. Это сумма всех добытых первичных видов топлива и первичных потоков энергии. Первичная энергия, доступная для использования страной после импорта и экспорта, представляет собой общее предложение первичной энергии, и может рассматриваться как энергетический баланс.

Производство энергии будет включать:

1) Любой уголь, нефть или природный газ, добытые из-под земли в этой стране (но не импортируемые ископаемые виды топлива).

2) Любая гидроэнергия, энергия ветра, геотермальная, приливная или солнечная энергия, извлеченная из природы.

3) Электричество от атомных электростанций, а не энергия, содержащаяся в добытом уране, потому что в уране гораздо больше энергии, чем в любом другом источнике. Учет атомной энергии ведется иначе, поэтому учитывается только электроэнергия [2].

Преобразование энергии заключается в преобразовании ее из форм, предоставляемых природой, в формы, которые могут быть использованы человеком. На протяжении веков для этой цели был разработан широкий спектр устройств и систем. Некоторые из этих преобразователей энергии довольно просты. Ранние ветряные мельницы, например, преобразовывали кинетическую энергию ветра в механическую энергию для перекачивания воды и измельчения зерна. Другие системы преобразования энергии определенно более сложны, особенно те, которые используют сырую энергию из ископаемого топлива и ядерного топлива для производства энергии.

В физике энергия — это количество, которое обеспечивает способность выполнять работу (например, подъем объекта) или выделяет тепло. В дополнение к преобразованию, согласно закону сохранения энергии, энергия может передаваться в другое место или объект, но не может быть создана или уничтожена.

Многие преобразователи энергии, широко используемые сегодня, связаны с преобразованием тепловой энергии в электрическую.

Существует несколько основных методов преобразования других форм энергии в электрическую энергию. Генерация в коммунальном масштабе достигается за счет вращающихся электрических генераторов или фотоэлектрических систем. Небольшая доля электроэнергии, распределяемой коммунальными службами, обеспечивается аккумуляторными батареями. Другие формы производства электроэнергии включают трибоэлектрический эффект, пьезоэлектрический эффект, термоэлектрический эффект и т.д.

Генераторы. Ветряные турбины обычно обеспечивают выработку электроэнергии в сочетании с другими методами производства энергии.

Электрические генераторы преобразуют кинетическую энергию в электричество. Это наиболее часто используемая форма для производства электроэнергии, основанная на законе Фарадея. Это можно увидеть экспериментально, вращая магнит внутри замкнутых контуров проводящего материала (например, медной проволоки). Почти вся коммерческая генерация электроэнергии осуществляется с использованием электромагнитной индукции, при которой механическая энергия заставляет генератор вращаться [6].

Электрохимия. Большие плотины, такие как плотина Гувера в Соединенных Штатах, могут обеспечить большое количество гидроэлектроэнергии. Его установленная мощность составляет 2,07 ГВт .

Электрохимия — это прямое преобразование химической энергии в электричество, как в батарее. Электрохимическое производство электроэнергии важно для портативных и мобильных устройств. В настоящее время большая часть электрохимической энергии поступает от аккумуляторов. Первичные элементы, такие как обычные угольно-цинковые батареи, действуют как источники энергии напрямую, но вторичные элементы (т.е. перезаряжаемые батареи) используются для систем хранения, а не для первичных систем генерации. Открытые электрохимические системы, известные как топливные элементы, могут использоваться для извлечения энергии либо из природного топлива, либо из синтезированного топлива [7].

Фотогальванический эффект. Фотогальванический эффект — это преобразование света в электрическую энергию, как в солнечных элементах . Фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество постоянного тока. Инверторы мощности могут затем преобразовать это в электричество переменного тока, если это необходимо. Хотя солнечный свет является бесплатным и обильным, производство электроэнергии на солнечной энергии по-прежнему обычно дороже, чем крупномасштабная механическая энергия из-за стоимости панелей. Стоимость низкоэффективных кремниевых солнечных элементов снижается, а многопереходные элементы с эффективностью преобразования, близкой к 30%, теперь коммерчески доступны. В экспериментальных системах была продемонстрирована эффективность более 40% [1].

До недавнего времени фотогальваника чаще всего использовалась в удаленных местах, где нет доступа к коммерческой электросети, или в качестве дополнительного источника электроэнергии для отдельных домов и предприятий. Недавние достижения в области эффективности производства и фотоэлектрических технологий в сочетании с субсидиями, обусловленными заботой об окружающей среде, значительно ускорили развертывание солнечных панелей. Установленная мощность растет на 40% в год за счет увеличения в Германии, Японии, США, Китае и Индии.

2. Распределение, накопление и передача энергии

Технология распределения энергии — это совокупность искусственных систем, которые транспортируют энергию, включая первичные энергетические материалы, такие как уголь или сырая нефть, или энергетические валюты для конечного использования, такие как бензин или электричество. Они необходимы для энергетического сектора, поскольку позволяют транспортировать эти товары по всему миру для стимулирования экономики. При производстве энергии в виде электроэнергии, бензина, сжиженного природного газа, или любой другой, он требует транспортировки туда, где он может быть использован.

Переход от передачи к распределению происходит на подстанции, которая выполняет следующие функции:

 автоматические выключатели позволяют отключить подстанцию от сети передачи или отсоединить распределительные линии;

 трансформаторы понижают напряжение передачи,35 кВ и более, вплоть до первичных распределительных напряжений. Это цепи среднего напряжения, обычно600–35 000 В;

 от трансформатора мощность поступает на сборную шину, которая может разделить мощность распределения по нескольким направлениям. Автобус распределяет мощность по распределительным линиям, которые расходятся к клиентам [4].

Городское распределение происходит в основном под землей, иногда в общих коммуникационных каналах. Распределение в сельской местности в основном осуществляется над землей с опорами электропередач, а распределение в пригородах является смешанным.

Традиционно распределительные системы работали только как простые распределительные линии, где электроэнергия из передающих сетей распределялась между потребителями. Современные системы распределения сильно интегрированы с производством возобновляемой энергии на уровне распределения энергосистем с помощью ресурсов распределенного производства, таких как солнечная энергия и энергия ветра. В результате системы распределения день ото дня становятся все более независимыми от сетей передачи. Уравновешивание соотношения спроса и предложения в этих современных распределительных сетях (иногда называемых микросетями) чрезвычайно сложна и требует использования различных технологических и эксплуатационных средств для работы [3]. К таким инструментам относятся аккумуляторная электростанция, аналитика данных, инструменты оптимизации и т. д.

Системы транспортировки энергии сильно различаются в зависимости от того, что транспортируется. Для этих систем требуется разветвленная инфраструктура: а именно, электросеть, трубопроводная сеть и сеть железнодорожного, автомобильного и водного транспорта.

Электрическая сеть. Обычно электростанции производят большое количество электроэнергии. Эта электроэнергия должна распределяться, как правило, на большие площади. Электрическая сеть — это то, что мы называем сетью проводов, которая передает и распределяет это электричество. Эти провода включают в себя как крупные высоковольтные, так и более мелкие низковольтные линии электропередач, наряду с многочисленными подстанциями, сеть эффективно передает эту мощность потребителям. Обычно потери мощности сведены к минимуму. Технология, используемая электрической сетью, сложна и взаимосвязана [5].

Трубопроводы — сырая нефть и сырой природный газ добываются из природы, и их часто необходимо транспортировать на большие расстояния туда, где они перерабатываются. После уточнения они снова транспортируются к конечным пользователям. Трубопроводы играют важную роль в этом процессе: они как принимают очищаемые жидкости, так и перемещают очищенные продукты. Только в Канаде насчитывается около 825 000 километров линий, которые служат для транспортировки природного газа, продуктов сжиженного природного газа, сырой нефти и других продуктов нефтепереработки. Огромная стоимость строительства трубопроводов ограничивает их использование в местах, где очень большие объемы продукции должны быть перемещены в течение длительного периода времени, а срок окупаемости для них обычно составляет 15-20 лет [7].

Поезда, грузовики и корабли — как первичные виды топлива, такие как уголь, сырой природный газ и сырая нефть, так и вторичные виды топлива, такие как сжиженный природный газ и бензин, также могут перевозиться по той же инфраструктуре, что и другие товары. Используются транспортные средства всех видов, такие как грузовые поезда, газовозы и нефтяные грузовики.

Трубопроводы часто используются для распределения больших количеств жидкостей и газов, однако, когда количество нефтепродуктов, необходимое для транспортировки, не может оправдать затраты на строительство трубопровода, предпочтение отдается этим методам.

Накопление энергии — это улавливание энергии, произведенной в один момент времени, для использования в более позднее время для уменьшения дисбаланса между спросом на энергию и производством энергии. Устройство, накапливающее энергию, обычно называют аккумулятором или батареей. Энергия бывает нескольких форм, включая излучение, химию, гравитационный потенциал, электрический потенциал, электричество, повышенную температуру, скрытую теплоту и кинетическую энергию. Хранение энергии включает в себя преобразование энергии из форм, которые трудно хранить, в более удобные или экономичные формы хранения [6].

Некоторые технологии обеспечивают кратковременное хранение энергии, в то время как другие могут работать гораздо дольше. В настоящее время преобладают плотины гидроэлектростанций, как обычные, так и гидроэлектростанции. Сетевое накопление энергии — это набор методов, используемых для крупномасштабного накопления энергии в электрической сети [4].

Типичными примерами хранения энергии являются перезаряжаемые батареи, в которых хранится химическая энергия, легко преобразуемая в электричество для работы мобильного телефона; плотина гидроэлектростанции, которая накапливает энергию в резервуаре в виде потенциальной энергии гравитации; и резервуары для хранения льда, в которых хранится лед, замороженный за счет более дешевой энергии в ночное время, чтобы удовлетворить пиковый дневной спрос на охлаждение. Ископаемые виды топлива, такие как уголь и бензин, хранят древнюю энергию, полученную от солнечного света организмами, которые позже умерли, были похоронены и со временем были преобразованы в эти виды топлива. Пища (которая производится тем же процессом, что и ископаемое топливо) представляет собой форму энергии, хранящуюся в химических веществах.