Қазақстандағы және дүние жүзіндегі электр энергиясын өндіру және қолдану. Физика, 11 сынып, қосымша материал 2.

Қазақстанда электр энергиясын өндіру

Электр энергиясын үлкенді-кішілі электр станцияларында негізінде электромеханикалық индукциялық генераторлар арқылы өндіріледі. Электр станциясының негізгі екі түрі бар: жылу және гадроэлектр станциялары. Бұл электр станцияларының бір-бірінен айырмашылығы генератордың роторын айналдыратын қозғалтқыштарының әр түрлілігінде.

Жылу электр станцияларында энергия көзі ретінде мынадай отындар пайдаланылады: көмір, газ, мұнай, мазут, жанғыш сланец. Электр генераторларының роторын бу және газ турбиналары не іштен жану қозғалтқышы айналдырады. Ең үнемділері жылулық бу турбиналы ірі электр станциялары (қыскаша ЖЭС). Біздің еліміздегі ЖЭС-тің дені отын есебінде көмір тозаңын жұмсайды. Сонда 1 кВт×сағ электр энергиясын өндіру үшін бірнеше жүз грамм көмір шығындалады. Бу қазанында отынның шығаратын энергиясының 90%-тен көбі буға беріледі. Турбинада бу ағынының кинетикалық энергиясы роторға беріледі. Турбина білігі генератор білігімен мықтап жалғастырылған. Бу турбогенераторлары өте шапшаң айналады: айналым саны минутына бірнеше мыңға барады.

1-сурет

Жұмыстық дененің бастапқы температурасының артуымен жылу ПЭК-і өсетін. Сондықтан турбинаға берілетін буды жоғары параметрлерге: температураны - 550°С-қа, қысымды 25 МПа-ға жеткізеді. ЖЭС-тің пайдалы әсер коэффициенті 40%-ке жетеді. Мұнда энергияның көбісі пайдаланылған ыстық бумен шығып кетеді.

Жылу электр орталығы (ЖЭО) деп аталатын арнаулы жылу электр станциялары пайдаланылған бу энергиясының недәуір бөлігінен өнеркәсіп орындарына және тұрмыс кажетіне (үйді жылытуға керекті, суды ысыту және ыстық сумен қамтамасыз ету) пайдалануға мүмкіндік береді.Нәтижесінде жылу электр орталығының ПЭК-і 60—70%-ке жетеді. Қазір еліміздің жылу электр орталықтары барлық электр энергиясының 40%-ін береді де, электр энергиясымен және жылумен бірнеше жүз қаланы қамтамасыз етеді.Су электр станцияларында (ГЭС-те) генераторлардың роторларын айналдыру үшін судың потенциалдық энергиясы пайдаланылады. Электр генераторлардың роторларын гидравликалық турбиналар айналдырады. Станцияның қуаты плотина туғызатын су денгейлерінің айырымына (арынға) және секунд сайын турбина арқылы ағып өтетін судың массасына (су шығынына) тәуелді. Энергия айналуы 2-суреттегі сұлбада көрсетілген.

Электр энергиясын жеткізу

Электр энергиясының тұтынылатын орны көп. Ал оның өндірілетін орындары көп емес, отын және гидроресурс көзіне жақын орындар. Электр энергиясын көп мөлшерде жинап сақтау (консервілеу) колдан келмейді. Оны шығарып алысымен бірден түтынып, іске жарату керек. Сондықтан электр энергиясын алысқа жеткізу қажеттігі туды.Электр энергиясын алысқа жеткізу едәуір шығынмен байланысты. Мәселе мынада: электр тоғы электр жеткізу желісінің (линиясының) сымдарын қыздырады. Желі сымдарын қыздыруға шығындалатын энергия, Джоуль-Ленц заңына сәйкес, мына формуламен анықталады:

мұндағы R-желінің кедергісі. Желі тым ұзын болғанда, энергия жеткізу үнемділік жағынан пайдасыз болуы мүмкін. Желі кедергісін едәуір азайту іс жүзінде өте қиын. Сондықтан тоқ күшін кемітуге тура келеді.

Тоқтың қуаты тоқ күші мен кернеудің көбейтіндісіне пропорционал болғандықтан, жеткізілетін қуатты сақтау үшін, жеткізу желісіндегі кернеуді жоғарылату керек. Мұнда жеткізу желісі неғұрлым ұзынырақ болса, жоғарырақ кернеуді пайдалану соғұрлым ұтымды болады. Мысалы, Волга ГЭС-інен Мәскеуге жоғары вольттік жеткізу желісінде 500 кВ кернеуді пайдаланады. Ал енді айнымалы тоқ генераторлары 16-20 кВ-тан аспайтын кернеуге арналып жасалады. Бұдан гөрі жоғарырақ кернеу генераторларының орамаларын және басқа да бөліктерін изоляциялау үшін арнаулы шараларды қажет еткен болар еді.

Электр энергиясын тиімді пайдалану

Электр энергиясына мұқтаждық өндірісте де, транспортта да, ғылыми мекемелерде де, сонымен қатар тұрмыста да үнемі артып отырады. Бұл мұқтаждықты екі түрлі жолмен өтеуге болады.

Бір қарағанда ең табиғи және бірден-бір тәсіл - жаңа қуатты жылу, гидравликалық және атом электр станцияларын салу. Алайда жаңа ірі электр станцияларын салу үшін бірнеше жыл уақыт және көп қаражат керек. Осы кезде жылу электр станциялары қалпына келтірілмейтін табиғат ресурстарын: көмір, мұнай және газды пайдаланады. Сонымен қатар, бұл бір мезгілде біздің планетамыздың экологиялық тепе-тендігіне үлкен кесел келтіреді.

Алдыңғы қатарлы технологиялар электр энергиясына мұқтаждықты басқа жолмен камтамасыз етуге мүмкіндік береді. Электр станцияларының қуатын арттыру емес, электр энергиясын пайдаланудың тиімділігін арттыру алғы шепке шығуы тиіс. Электр энергиясын тиімдірек пайдалану мүмкіндіктері бар және де олар аз емес. Соның бірі жарықтандырумен байланысты, оған мәселен, өндірілген энергияның 25%-іне жуығы кетеді.

Қазіргі кезде АҚШ-та және басқа елдерде ықшам люминесценттік шамдар жасалынған, олар қыздыру шамдарына қарағанда энергияны 80%-ке дерлік аз пайдаланады. Мұндай шамдардың құны жай шамдарға қарағанда қымбатырақ, бірақ олар тез есесін қайырады. Мұнымен қатар үйлерді және өңдірістік орындарды жарықтандыруды үнемді жүргізу бойынша жүргізілген қарапайым шаралардың өзі бірталай эффект береді. Қажетсіз кезде шамдарды жағып қалдырмау керек, жүмыс орындары және т.б. жерлер ғана жарықтандырылатындай етуге тырысу керек.

Электр энергиясын тұрмыста мұздатқыш қондырғыларда, теледидарда, компьютерлерде және т.б. пайдаланудың тиімділігін арттырудың көптеген басқа да мүмкіншіліктері бар.