Урок 1
Производство, преобразование, распределение, накопление и передача энергии как технология
Раздел. Технологии в энергетике.
Тема урока. Производство, преобразование, распределение, накопление и передача энергии как технология.
Тип урока: комбинированный.
Цели урока: организовать деятельность обучающихся по ознакомлению с технологией производства, преобразования, распределения, накопления и передачи энергии; научить школьников характеризовать актуальные и перспективные технологии в области энергетики, профессии в сфере энергетики, энергетику региона проживания.
Технологии в энергетике
§1. Производство, преобразование, распределение, накопление и передача энергии как технология
Энергия — это единая мера различных форм движения и взаимодействия материи. Энергия может быть механической, тепловой, гидравлической, химической, ядерной, электромагнитной и др. Источники энергии делят на два типа: невозобновляемые (газ, нефть, уголь, ядерное топливо и др.) и возобновляемые (солнце, ветер, реки, морские приливы).
Энергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, заключающаяся в использовании различных технологий для преобразования, распределения и использования всех видов энергетических ресурсов. Чаще всего целью энергетики является преобразование природной энергии в какую-либо другую, например в тепловую (теплоэнергетика) или электрическую (электроэнергетика).
Этот процесс состоит из нескольких стадий:
• получение энергетических ресурсов, например добыча угля, нефти и др. (рис. 1, а);
• передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка газа, угля на тепловую электростанцию (рис. 1,б);
• преобразование па электростанции энергии угля в тепловую и электрическую энергию (машины по преобразованию какой-либо энергии в электрическую называют генераторами) (рис. 1, в);
• передача полученной электроэнергии потребителям, например по линиям электропередачи (рис. 1, г, д).
а — добыча угля; б — теплоэлектростанция; в — генератор; г — линии электропередачи; д — потребители электроэнергии
Перечислим технологии, применяемые в данном процессе.
Для добычи угля используют две основные технологии: если угольные пласты залегают неглубоко, то уголь добывают открытым способом с помощью экскаваторов, если глубоко — то шахтным способом.
Погрузку, доставку и разгрузку угля (и другого сырья) на теплоэлектростанцию (ТЭС) осуществляют с помощью транспортных и подъёмно-транспортных технологий.
На ТЭС применяют технологию преобразования энергии сожжённого угля в тепловую энергию (путём превращения воды в пар при нагреве её в большой ёмкости) и технологию вращения турбины генератора посредством струи пара, направленной па лопасти турбины, связанной с ротором генератора. Далее реализуется технология преобразования механической энергии вращающегося ротора генератора в электрическую энергию, вырабатываемую этим генератором.
Для передачи электроэнергии от ТЭС и распределения её потребителям применяют технологии повышения напряжения (с помощью повышающих трансформаторов), перемещения её по линиям электропередачи (ЛЭП) и понижения высокого напряжения, передаваемого по ЛЭП (с помощью понижающих трансформаторов), до применяемого в быту и на промышленных предприятиях напряжения 220—380 вольт (В).
При передаче по ЛЭП возникают потери электроэнергии в окружающее пространство, поэтому для их снижения по проводам ЛЭП передают очень высокое напряжение 100 000—500 000 В.
Кроме теплоэнергетики и электроэнергетики, существуют также гидроэнергетика и ядерная энергетика.
Гидроэнергетика — это область хозяйственно-экономической деятельности человека, заключающаяся в использовании технологии преобразования энергии водного потока в электрическую энергию, например па гидроэлектростанциях (ГЭС) (рис. 2).
Ядерная энергетика — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии с помощью ядерной энергии на атомных электростанциях (АЭС) (рис. 3).
В настоящее время в России тепловые электростанции вырабатывают примерно 68 % всей электроэнергии, а ГЭС и АЭС — 16 %. Наряду с несомненной пользой для людей эти электростанции наносят вред окружающей природе за счёт ухудшения природных ландшафтов, вредных выбросов в атмосферу, загрязнения рек и земель, миграции животных и птиц и др.
Кроме ТЭС, ГЭС и АЭС, для производства электроэнергии сегодня применяют другие (альтернативные) источники: мини-электростанции на солнечных батареях, ветряные, геотермальные (использующие внутреннее тепло Земли), приливные (применяющие силу морских приливов) (рис. 4) и др.
Комплекс мероприятий, направленных на экономное расходование энергетических ресурсов, называют энергосбережением. В 6 классе вы уже ознакомились с основными направлениями энергосбережения в зданиях: экономией электроэнергии, устранением тепловых потерь в помещениях, экономией воды, газа и др.
Расход электроэнергии в квартире или доме фиксируют с помощью счётчика электроэнергии (электросчётчика), который показывает объём потреблённой электроэнергии в киловатт-часах (кВт / ч). Разность показаний счётчика, замеренных (например, 20-го числа) в текущем (Э2) и прошедшем (Э1) месяцах, умноженная па тариф t (стоимость в рублях 1 кВт - ч электроэнергии), показывает величину затрат Э в рублях за этот период:
Э = (Э2 - Э1) ∙ t.
Знакомимся с профессиями
Оператор ТЭС — специалист, обслуживающий котельное оборудование на тепловых электрических станциях, контролирующий работу тепловой автоматики и контрольно-измерительных приборов в котельном цехе и работу электрооборудования в турбинном цехе. Он определяет причины неисправностей и отказов работы оборудования и выполняет необходимые ремонтные работы.
Запоминаем опорные понятия
Энергия, энергетика, теплоэнергетика, электроэнергетика, гидроэнергетика, ядерная энергетика, генератор, электросчётчик.
Самостоятельная работа
Изучение работы домашнего электросчётчика (все работы проводятся под контролем родителей!)
1. Запишите показания счётчика (Э1) вечером того дня, когда был урок технологии.
2. Запишите показания счётчика (Э2) вечером следующего дня.
3. Подсчитайте величину затрат в рублях на электроэнергию за исследованный период по формуле: Э = (Э2 - Э1) ∙ t (уточните тариф на электроэнергию (t) у родителей).
4. Продумайте возможные мероприятия энергосбережения в вашем доме и примените их в течение следующих суток.
5. Определите с помощью электросчётчика, на сколько уменьшились затраты вашей семьи в результате мероприятий по энергосбережению.
Самостоятельная работа
Подготовка к образовательному путешествию (экскурсии) «Энергетика нашего региона»
Узнайте, выполнив поиск в Интернете и других источниках информации, каково производство и потребление энергии в городе (регионе) вашего проживания. Выберите предприятие для изучения применяемых на нём технологий производства, преобразования, распределения или передачи энергии. Сохраните информацию в форме описания, фотографии и др.
Проверяем свои знания
1. Что такое энергия?
2. Чем отличается теплоэнергетика от электроэнергетики?
3. Какую энергию превращают гидроэлектростанции в электроэнергию?
