ما هي الطاقة والطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية والأنظمة الكهربائية

الطاقة (مجمع طاقة الوقود) - مجال اقتصادي يغطي الموارد والإنتاج والتحول واستخدام أنواع مختلفة من الطاقة.

طاقة في الفهم العلمي الحديث ، يُفهم على أنه مقياس عام لجميع أشكال حركة المادة. التمايز بين الأشكال الحرارية والميكانيكية والكهربائية وغيرها من أشكال حركة المادة.

يمكن تمثيل الطاقة من خلال الكتل المترابطة التالية:

1 - موارد الطاقة الطبيعية ومنشآت التعدين.

2. المصافي ونقل الوقود الجاهز.

3. إنتاج ونقل الطاقة الكهربائية والحرارية.

4. مستهلكي الطاقة والمواد الخام والمنتجات.

ملخص الكتل:

1) تنقسم الموارد الطبيعية إلى:

• متجددة (الطاقة الشمسية ، الكتلة الحيوية ، موارد المياه) ؛

• غير متجددة (الفحم والنفط) ؛

2) شركات التعدين (المناجم ، المناجم ، آبار الغاز) ؛

3) مؤسسات معالجة الوقود (التخصيب ، التقطير ، تنقية الوقود) ؛

4) نقل الوقود (النقل بالسكك الحديدية ، الصهاريج) ؛

5) إنتاج الطاقة الكهربائية والحرارية (CHP ، NPP ، HPP) ؛

6) نقل الطاقة الكهربائية والحرارية (الشبكات الكهربائية وخطوط الأنابيب) ؛

7) مستهلكي الطاقة والحرارة (الكهرباء والعمليات الصناعية والتدفئة).

الأشكال الرئيسية التي تستخدم فيها الطاقة اليوم هي الحرارة والكهرباء. تسمى صناعات الطاقة التي تدرس إنتاج وتحويل ونقل واستخدام الطاقة الحرارية والكهربائية هندسة الطاقة الحرارية ، على التوالي.

طاقة تدفقات المياه ، التي كانت تستخدم سابقًا بشكل مباشر في شكل طاقة ميكانيكية ، هي الآن تحويلها إلى محطات كهرومائية في الطاقة الكهربائية. تسمى صناعة الطاقة التي تدرس عمليات تحويل الطاقة المائية إلى كهرباء الطاقة الكهرمائية.

فتح الطريق أمام استخدام الطاقة النووية خلق فرع جديد للطاقة— الطاقة النووية أو النووية... يتم تحويل طاقة العمليات النووية إلى طاقة حرارية وكهربائية وتستخدم في هذه الأشكال.

يتم النظر في أسئلة حول استخدام طاقة الكتل الهوائية المتحركة طاقة الرياح. طاقة الرياح تستخدم بشكل رئيسي في شكل ميكانيكي. يتعامل مع استخدام الطاقة الشمسية طاقة شمسية.

كل فرع من فروع الطاقة كعلم له أساسه النظري القائم على قوانين الظواهر الفيزيائية في هذا المجال.

الطاقة ، باعتبارها أهم مجال للنشاط البشري ، تستغرق وقتًا طويلاً للتنمية على نطاق واسع.

الطاقة هي صناعة كثيفة رأس المال. تتجاوز قوة محطات توليد الطاقة الأرضية مليار كيلوواط.

لم يتشكل الفهم الواضح لوحدة وتكافؤ أشكال مختلفة من الطاقة إلا في منتصف القرن التاسع عشر ، عندما تم بالفعل اكتساب الكثير من الخبرة في تحويل بعض أشكال الطاقة إلى أشكال أخرى:

• تم إنشاء محرك بخاري يحول الحرارة إلى طاقة ميكانيكية ؛

• تم اكتشاف المصادر الأولى للطاقة الكهربائية - الخلايا الجلفانية ، حيث يتم التحويل المباشر للطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية ؛

• عن طريق التحليل الكهربائي ، يتم إجراء التحويل العكسي بشكل متكرر - الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية ؛

• تم إنشاء محرك كهربائي يتم فيه تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ؛

• تم اكتشاف ظاهرة التحويل المباشر للطاقة الكهربائية إلى حرارة.

في عام 1831 ، تم اكتشاف طريقة لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. كان الاكتشاف هو الاستنتاج الطبيعي للكم الهائل من البيانات المتراكمة حول تحول بعض أشكال الطاقة إلى أخرى قانون حفظ وتحويل الطاقة - أحد القوانين الأساسية للفيزياء.

ترجع الحاجة إلى تحويل الطاقة إلى حقيقة أن العمليات المختلفة تتطلب أشكالًا مختلفة من الطاقة.

لا تقتصر تحولات الطاقة على تحويل بعض أشكالها إلى أشكال أخرى. تُستخدم الطاقة الحرارية بقيم مختلفة لدرجة حرارة سائل التبريد (بخار ، غاز ، ماء) ، الطاقة الكهربائية - في شكل تيار متناوب أو تيار مباشر وعند مستويات جهد مختلفة.

يتم تحويل الطاقة في مختلف الآلات والأجهزة والأجهزة ، بشكل عام ، التي تشكل الأساس التقني للطاقة.

لذلك في مصانع الغلايات ، يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى حرارة ، في التوربينات البخارية ، يتم تحويل هذه الحرارة التي يحملها بخار الماء إلى طاقة ميكانيكية والتي يتم تحويلها بعد ذلك في مولد كهربائي يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية.

في محطات الطاقة الكهرومائية ، في التوربينات المائية والمولدات الكهربائية ، يتم تحويل طاقة تدفقات المياه إلى طاقة كهربائية ، في المحركات الكهربائية ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ، إلخ.

تعتمد طرق إنشاء واستخدام مختلف الآلات والأجهزة والأجهزة المصممة لتلقي وتحويل ونقل واستخدام مختلف أشكال الطاقة على الأقسام ذات الصلة من الأسس النظرية للطاقة وتشكيل أقسام من العلوم التقنية مثل الهندسة الحرارية والكهربائية الهندسة والهندسة الهيدروليكية وهندسة الرياح.

الطاقة - جزء من قطاع الطاقة يتعامل مع مشاكل الحصول على كميات كبيرة من الكهرباء ونقلها عن بعد وتوزيعها على المستهلكين ، ويرجع تطورها إلى أنظمة الطاقة الكهربائية.

النظام الكهربائي هو مجموعة من محطات توليد الطاقة المترابطة والأنظمة الكهربائية والحرارية ، وكذلك مستهلكي الطاقة الكهربائية والحرارية ، متحدون بوحدة عملية إنتاج ونقل واستهلاك الكهرباء.

النظام الكهربائي: TPP - محطة توليد الحرارة والطاقة المشتركة ، NPP - محطة الطاقة النووية ، KES - محطة توليد الطاقة التكثيف ، محطة الطاقة الكهرومائية - محطة الطاقة الكهرومائية، 1-6 - مستهلكي الكهرباء من محطات الطاقة الحرارية

رسم تخطيطي لمحطة طاقة التكثيف الحراري

النظام الكهربائي (النظام الكهربائي ، ES) - الجزء الكهربائي من نظام الطاقة.

مخطط النظام الكهربائي
يظهر الرسم البياني في صورة ذات سطر واحد ، أي سطر واحد يعني ثلاث مراحل.

العملية التكنولوجية في نظام الطاقة

العملية التكنولوجية هي عملية تحويل مصدر الطاقة الأولية (الوقود الأحفوري ، الطاقة الكهرومائية ، الوقود النووي) إلى منتج نهائي (كهرباء ، طاقة حرارية). تحدد معلمات ومؤشرات العملية التكنولوجية كفاءة الإنتاج.

تظهر العملية التكنولوجية بشكل تخطيطي في الشكل ، والتي يمكن من خلالها ملاحظة أن هناك عدة مراحل لتحويل الطاقة.

مخطط العملية التكنولوجية في نظام الطاقة: K - المرجل ، T - التوربينات ، G - المولد ، T - المحول ، خط الكهرباء - خطوط الكهرباء

في المرجل K ، يتم تحويل طاقة احتراق الوقود إلى حرارة. المرجل مولد بخار. في التوربين ، يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. في المولد ، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يتم تحويل جهد الطاقة الكهربائية في عملية نقلها على طول خط الطاقة من المحطة إلى المستهلك ، مما يضمن كفاءة النقل.

تعتمد كفاءة العملية التكنولوجية على كل هذه الوصلات ، لذلك هناك مجموعة معقدة من مهام النظام المتعلقة بتشغيل الغلايات ، توربينات محطات الطاقة الحرارية ، توربينات محطات الطاقة الكهرومائية ، المفاعلات النووية ، المعدات الكهربائية (المولدات ، المحولات ، خطوط الكهرباء ، إلخ.). من الضروري اختيار تركيبة المعدات التشغيلية وطريقة شحنها واستخدامها ومراعاة جميع القيود.

التركيبات الكهربائية - تركيب يتم فيه إنتاج الكهرباء أو إنتاجها أو استهلاكها أو توزيعها. يمكن أن يكون: مفتوحًا أو مغلقًا (داخليًا).

محطة توليد الطاقة - مجمع تكنولوجي معقد يتم فيه تحويل طاقة المصدر الطبيعي إلى طاقة التيار الكهربائي أو الحرارة.

وتجدر الإشارة إلى أن محطات توليد الطاقة (خاصة الحرارية ، التي تعمل بالفحم) هي المصادر الرئيسية للتلوث البيئي من قطاع الطاقة.

محطة كهربائية فرعية - تركيبات كهربائية مصممة لتحويل الكهرباء من جهد إلى آخر بنفس التردد.

نقل الطاقة (خطوط الطاقة) - يتكون الهيكل من محطات فرعية مرتفعة لخطوط الطاقة ومحطات فرعية تنازلية (نظام الأسلاك والكابلات والدعامات) المصممة لنقل الكهرباء من المصدر إلى المستهلك.

شبكة الكهرباء - مجموعة من خطوط الكهرباء والمحطات الفرعية ، أي الأجهزة التي توصل الطاقة مستهلكي الطاقة.