Від водного колеса до турбіни.
Химия

Від водного колеса до турбіни.


Завантажити реферат: Від водного колеса до турбіни

Водяне колесо або турбіна перетворять енергію потоку води у обертальний рух. Перші водяні колеса були підливними, тобто нижня половина колеса просто занурювалася в потік. ККД таких коліс становив лише 30%. Наливні колеса, в яких потік води натікає на верхню частину колеса, мають ккд 70-90%, що близько до ккд сучасних турбін.

У другій половині 19 століття водяні колеса змінилися на турбіни. Турбіни бувають: активні реактивні осьові для активних турбін потрібний високий набір води. Падаюча вода прямує в сопло і спливає з нього у вигляді високошвидкісного струменя, що з силою ударяє в «ковші» на зовнішній стороні колеса. Реактивна турбіна працює за принципом сегнерового колеса, яке обертається за рахунок реакції струменя, що витікає. Осьова турбіна має робоче колесо з поворотними лопатями, розташоване всередині труби великого діаметра.

Гідроелектричні схеми та енергія припливів

Більшість гідротурбін приводиться в дію енергією води прикритою греблями річок, що протікає по гористій місцевості. Турбіни обертають генератори електричного струму. У гористих країнах гідроелектростанції виробляють дешеву енергію, не забруднюючи довкілля. У США четверта частина електричної енергії виробляється гідроелектростанціями, тоді як у Великобританії гідроелектростанції виробляють значну кількість енергії тільки на півночі Шотландії.

Значні ресурси гідроенергії залишаються невикористаними: наприклад, Фрейзер Канаді може давати 8700 МВт, а Брахмапутра Індії – 20000 МВт. Система Єнісей-Ангара нині виробляє 11000 МВт, а невикористані ресурси цієї системи становлять 53000 МВт.

Гідротурбіни можуть працювати при малому натиску води, створюваному припливом. Єдина промислова приливна станція працює у гирлі Ранс на півночі Франції. Перепад рівнів, що створюється припливом, коливається дуже широко: від 2 см на Таїті до 15 м у затоці Фенді на сході Канади. Якщо перепад рівнів наближається до верхньої межі, будівництво приливної гідроелектростанції доцільно.

Необхідно якось пов’язувати час припливів і піки навантаження, інакше приливні електростанції досягатимуть повної потужності опівночі, коли електричне навантаження мінімальне. Щоб уникнути цього, можна розділити водосховище станції на два: верхнє водосховище, що наповнюється від середнього до високого рівня припливу, та нижнє водосховище, яке випорожнюється від середнього до нижнього рівня припливу. Така схема дозволяє безперервно підтримувати різницю рівнів.

Інший шлях полягає у використанні верхнього водосховища в якості резервної системи живлення. У цьому випадку, коли споживання енергії зменшується, електроенергія, що виробляється звичайними електростанціями, витрачається на перекачування води з нижнього водосховища у верхнє. Коли ж споживання електроенергії зросте, вода перепускається з верхнього водосховища до нижнього та електроенергія виробляється, як у звичайній електростанції. У такій схемі, крім генерування електроенергії, проводиться її накопичення у великих кількостях.

Використання енергії вітру

Використання вітру для виробництва енергії поки що малоефективне. Незважаючи на величезні ресурси такої енергії, проблему економічного її використання ще не вирішено.

Енергія, що надходить на вітряки, пропорційна кубу швидкості вітру та площі, що омітається крилами млина. Граничний ккд становить 59%, на практиці він досягає лише 45%. Підраховано, що виробництво електроенергії з використанням енергії вітру може конкурувати з ядерною енергією тільки в тому випадку, якщо середня швидкість вітру буде вищою за 32 км/год. але Землі трохи місць з такими вітрами, тому, перетворюючи енергію вітру, можна задовольнити трохи більше 1% потреби у електричної енергії.

У цьому краще, як показує практика, використовувати енергію морських хвиль, утворених вітром. Вітри, що дмуть на просторах океану, викликають хвилі, що мають великий запас енергії. Хвилі можуть бути джерелом енергії. Перспективна конструкція з поплавцями розроблена Солтером у Единбурзькому університеті. Поплавки, рухаючись вгору-вниз при проходженні хвилі, надають руху насоси, які нагнітають воду, а та надходить у турбіну, що виробляє електроенергію.

Види турбін

Турбіна 16 століття використовувала енергію води, що рухається, застосовувалася для приводу іригаційних насосів. Обертання турбіни передавалося колесу із зубами лише на половині довжини кола. Цівочні колеса, обертаючись почергово у протилежних напрямках, приводили у зворотно-поступальний рух колесо насоса. Автоматичні клапани дозволяли всмоктувати воду в один циліндр та випускати її з іншого.

Турбіни гідроакумулюючих електростанцій виробляють електроенергію тільки в години пікових навантажень, а решта часу є гідроприводами насосів, що перекачують воду у водосховище перед греблею. Реактивна водяна турбіна обертає електрогенератор. Коли відцентрові насоси відключені, гідроагрегат працює як звичайний генератор. Якщо ввести в дію сполучну муфту, водяна турбіна виведе насос на робочі обороти. Генератор підключиться до мережного живлення та почне працювати, як електродвигун. Клапан турбіни закриється, а клапан насоса відчиниться. Вода почне перекачуватися у водосховище, збільшуючи запас, необхідний подальшої роботи гидроагрегата як виробництва електроенергії.

Існують три типи гідротурбін:

Нерухомі лопатки реактивної турбіни Френка встановлюються так, щоб струмені води ударяли лопатки ротора по дотичній, вода з турбіни витікає вниз.

У колесі Пелтона, або активної турбіні, вода спливає із сопла і вдаряє по ковшеподібним лопатям колеса, при цьому вона відкидається назад.

Лопаті осьової турбіни Каплана нагадують лопаті суднового гребного гвинта.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *