8 Дәріс. Электрмен жабдықтау жүйелері

 Дәрістің мақсаты: электрэнергетикалық жүйемен – жұмыс режимінің ортақтығымен және энергияны өндіру, тарату мен тұтыну үрдістері арқылы байланысқан электр станцияларының, электр жүйелерінің, қосалқы станциялардың және электрэнергиясын тұтынушылардың жиынтығымен танысу.

Энергетика адами өркениеті инфрақұрылымының негіздерінің және құрамды бөліктерінің бірі болып, өндірістің және қазіргі заманғы қоғамның өмірмен қамтылуының басты факторы болып табылады. Энергетика шаруашылықта тұрақты, мобильді, күштік және температуралық үрдістерді, ақпараттық-бсқару қызметті және әлеуметтік ортаны қормен қамтамасыз етеді, сондай ақ әлемдік сауданың айтарлықтай ағындарын және халықаралық саяси қарым-қатынастардың әдістемесін құрады. Және осы кезеңде қорға қажеттіліктердің өсуі энергия қорларының ұсыныстарынан жоғары болады, себебі оларды берудің жеткілікті деңгейін ұстап тұру үшін қазіргі әлемдік энергоқұрылымның жартысы 2030 жылға таман қайта құруды немесе алмастыруды қажет етеді. Осыған байланысты әлемдегі көптеген елдер энергетиканың дамуының шешімін қайта жаңғыртылатын энергия көздерінің негізінен табады. Бірақ бүгінгі күні қайта жаңғыртылатын энергия көздерінің дамуы әлі қымбат, бұл кезеңде ауыл шаруашылығының әр тұрлі салаларында энергияны қабылдау үшін де, қолдану үшін де қолданылатын танымал энергетикалық технологиялар мен құрылғыларды жетілдіруге көп көңіл бөлген дұрысырақ.

Электр желісі – электр энергиясын таратуға арналған электрқұрылғылардың жиынтығы, ол қосалқы станциядан, таратушы құрылғылардан, әуелік және кабельдік электр беріліс желілерінен тұрады.

Энергияны үнемдеу жүйесі. Энергия қорларын тиімді түрде шығындауға энергияны үнемдеу жүйесінің дұрыс жұмыс істеуі кезінде ғана қол жеткізуге болады, оның құрамына үш қосалқы жүйелер кіреді: 1) нормативтік – құқықтық; 2) ұйымдастырушы – экономикалық; 3) материалды-техникалық қамтамасыз ету. Жүйенің бір элементінің болмауынан немесе өзінің қызметтерінің уақытылы емес және сапасыз түрде орындалуының салдарынан тұтас жүйе, өзінің алдына қойған барлық міндеттерді сапасыз түрде орындауына және мақсатына жетпеуіне алып келеді.

Энергияны қолданудың тиімділігі

Кез келген технологиялық үрдіс орындайтын жұмысының сапасымен және қорларын жұмсауымен, сонымен қатар энергия қорларын жұмсауымен сипатталады, себебі бұл көп жағдайда өнімнің немесе қызметтердің өзіндік құнын анықтайды. Қорлардың жұмсалуын бірлікке, салмаққа (массаға) немесе өнімнің жалпы өздік құнына немесе жалпы ішкі өнімге (ЖІӨ) жатқызу қабылданған.

Өкінішке орай, адамның тұтынатын энергиясының көп бөлігі энергетикалық қорларды қолдану тиімділігінің төмендігінен пайдасыз жылуға айналады. Мысалы, қыздыру шамының ПӘК-і 5% жоғары емес, камералы газ жылыту пеші - 12-15%, қос иінді тығыздағыштың электржетегі - 10% көп емес.

Энергияның келесідей негізгі түрлерін ажыратады: жылулық, механикалық; электрлік; химиялық; магниттік; жарықтық; атомдық; биологиялық.

Электр энергиясы энергияның жетілген түрлерінің бірі болып табылады, оны кең ауқымда қолдану, қорларды және табиғи қорек көздерін кен орындарының маңында үлкен көлемде алумен; алыс қашықтықтарға салыстырмалы түрде аз шығындармен тасымалдаумен; энергияның басқа түрлеріне: механикалық, жылу, жарық, химиялық энергияларға түрлену мүмкіндігімен; автоматтандырылуы жоғары деңгейде болатын прогрессивті жаңа технологиялық үрдістердің енуімен шарттасады.

Жылулық энергия қазіргі заманғы кәсіпорындарда, ұйымдарда және тұрмыста энергия мен бу, ыстық су, отынды жағу өнімдері түрінде технологиялық үрдістерді орындау үшін кең қолданылады.

Механикалық энергия да әр түрлі технологиялық үрдістерді орындау үшін кеңінен қолданылады (балқымалар мен металлдардың деформациясы; материалдарды бұзу мен кесу; түрлі қатты денелерді, механизмдерді, құрылғыларды және т.б. қозғалысқа келтіру).

Атомдық энергия реакторларда ядролы өзгерістер нәтижесінен ядролық реакция кезінде бөлінеді, алдымен жылулық энергияға, ал кейін электрлікке айналады. Бұзу үшін жиі қолданылады, мысалы, атом бомбасының жарылысы кезінде. Бірегей қуатпен ерекшеленеді.

Химиялық энергия заттардың химиялық реакциясы кезінде және жылу немесе суық электрінің шығарылуы кезінде бөлінеді.

Қайта жаңғыртылатын энергия көздері – қоршаған ортада тұрақты болатын немесе периодты пайда болып отыратын энергия ағындарына негізделетін қорек көздері.

Қайта жаңғыртылатын энергия қоршаған ортада адамның мақсатқа бағытталған қызметінің салдары болмайтын энергия түрінде кездеседі. Қайта жаңғыртылатын энергия қорларына мына энергия түрлерін жатқызады: Күннің, су тасқынының құйылуы мен төгілуі түріндегі әлемдік теңіздің; толқын энергиясының; биомассадан, су тұрақтарынан, қатты тұрмыстық қалдықтардан, геотермальды көздерден өндірілетін өзен, жел, теңіз ағулары, теңіз балдырларының энергиясы.

Қайта жаңғыртылатын энергия көздерінің кемшілігі – олардың шоғырлануының деңгейінің төмендігі. Бірақ бұл кең таралуымен, салыстырмалы түрде жоғары экологиялық жиілікпен және олардың тәжірибелік таусылмайтынымен айтарлықтай толықтырылады. Бұндай қорек көздерін тікелей тұтынушының жанында, энергияны қашықтыққа беруінсіз қолданған тиімдірек. Жел қондырғыларында электрэнергиясын өндіру жылына орташа 24%-ке, күн батареяларынан – 17-ге, ал геотермальды станцияларда 4%-ке көбейеді.

Қайта жаңғыртылмайтын энергия көздері – энергияны тұтыну үшін адам қолданатын заттар мен материалдардың табиғи қорлары. Қайта жаңғыртылмайтын көздердің энергиясы жаңғыртылатындарға қарағанда табиғатпен байланысты болады және адамның мақсатқа бағытталған әрекеттерінің нәтижесінде босатылады.

Жаңғыртылмайтын (орны толмайтын) энергия қорларына жатады: тас көмір, оның қорларын 10-12 трлн.т. бағалайды; мұнай, оның қорларын Жер бетінде біркелкі емес таралған: Таяу және Орта Шығыста - 67, Африкада - 12,5, Оңтүстік-шығыс Азия мен Қиыр Шығыста - 3, Солтүстік Америкада - 9, Орталық және Оңтүстік Америкада - 5,5, Батыс Европада - 3 %. Мұнайды өндіру деңгейі бойынша Ресей әлем бойынша 3-ші орында, тек Сауд Арабиясы мен АҚШ-қа жол береді. 2009 ж. Ол 500 млн.т. тапты.

Энергияның негізгі қорек көздері: күннің сәуле шығаруы; Күннің, Жердің және Айдың қозғалуы мен тартылуы; Жер ядросының, сондай ақ оның қойнауында химиялық реакциялар мен радиоактивті ыдырауының жылулық энергиясы; судың және ауаның қозғалуының механикалық энергиясы; биологиялық энергия; отынның табиғи түрлерінің жылулық энергиясы (мұнайдың, газдың, көмірдің, ағаштың, шымтезек пен тақтатастың, құрғақ өсімдіктердің); заттардың химиялық реакциялары; ядролық реакциялар.

Отынның түрлері

Отын деп жылу алу үшін әдейі жандырылатын жанғыш зат. Әр түрлі технологиялық үрдістерде табиғи (табиғи газ, көмір, шымтезек, отын және т.б.) және жасанды (мазут, керосин, дизельді отын, сұйық газ, полимер материалдарды пайдаға асыру өнімдері және т.б.) теплоэнергетикалық қорларды (ТЭҚ) қолданады.

Минералды отын қазіргі заманғы шаруашылықта энергияның негізгі қорек көзі және маңызды өнеркәсіптік шикізат. Минералды отынды өңдеу – ТЭҚ өндірісі бойынша өнеркәсіптік кәсіпорындарының құрылуының негізі болып табылады, сонымен қоса мұнай-химиялық, газ-химиялық, шымтезек-сомдамалы және т.б. Отынды оның агрегатты жағдайына байланысты келесідей төрт топқа бөледі: қатты, сұйық, газ тәрізді, ядролы. Отынның қатты түріне жатады: ағаш және өсімді тектес басқа өнімдерді, көмір, жанғыш тақтатас, түрлі бұйымдарды пайдаға асыратын жанғыш өнімдер.

Ағаш. Ағашты шығарудың әлемдік көлемі 3,4 млрд. шаршы метрді құрайды (барлық ағаш қоймасынан 0,7%), 50% отынға кетеді, сапасы жоғарырақ ағаштар жиһаз және құрылыс өнеркәсібіне қажетті бұйымдарды дайындауға кетеді.

Жандыруға кететіндері отын деп аталады және ағашты қайта өңдеудегі қалдықтары қолданылады, оларды тұйірлерге қайта өңдейді, сомдамаларға және пеллеттерге тығыздайды. БД елдерінде 2009 ж. 12 млн-ға жуық пеллеттер дайындалған. Әлемде ағаш түйірлеріне деген сұраныстың көбеюі байқалуда. Жақында ағаштан сұйық биоотынды алу үрдісін игеру күтілуде. Отын ағашы ТЭҚ-та сұраныстың жуықтап 7% қамтамасыз етеді, сондай ақ дамып жатқан елдерде ағаштың есебінен энергетикалық қорлардың сұранысын шамамен 15% жабады.

Қазбалы қатты отындар өсімдіктердің органикалық массасының ыдырауының (шіруінің) өнімі ретінде болады. Солардың ішінде шымтезектің жасы ең кішкентай, ол саз батпақты өсімдіктердің шіріп кеткен қалдықтарынан құралатын салыстырмалы түрде тығыз массаны білдіреді.

Шымтезекті шымтезек тектерінен алады, олар әлемдегі 180 елде бар және олардың ауданы 4 млн.кв.км құрайды. Ондай тектердің ең көп саны Ресейде, Канадада және Индонезияда бар, Финляндияда олар елдің ауданының 75% алып жатыр.

«Жасы» бойынша келесі құба көмірлер – жер түстес және қара біртекті масса, оны ауада көп уақыт бойы сақтаса бөліктеп қышқылданады (желденеді) және ұнтаққа шашылады.

Одан кейін тас көмірлер, олардың беріктігі жоғары және кеуектігі аз. Олардың ішіндегі ең ескісінің – антрациттердің органикалық массасы көптеген өзгерістерге ұшыраған және 93 %-ға көміртектен тұрады. Антрациттің қаттылығы және құнарлылығы жоғары.

Жанғыш тақтатастар қатты кауст биолиттердің тобынан шыққан пайдалы қазбаны білдіреді, оларды құрғақ ағызу кезінде құрамы бойынша мұнайға ұқсас шайырдың айтарлықтай көлемін береді. Соңғы онжылдықта олардан тақтатасты газды алу бойынша техникалық шешімдер ұсынылған, бұл АҚШ-та іске асырылған және осы тәсілді Польшада, Украина және басқа да елдерде енгізу бойынша жұмыстар жүргізіліп жатыр.

Қатты отын жанатын және жанбайтын құрама бөліктерден тұрады. Органикалық отында жанатын құрамдасы болатындар: көміртек (С), сутек (Н)  және күкірт (S). Отынның жасының үлкеюімен қатар көміртектің құрамы да үлкейеді (ағашта 40%-тен, антрацитта 93%-ға дейін). Жанбайтын құрамдасы минералды қоспалар, яғни күл және ылғалдылық. Күлділігі 10%-тен аспайтын қатты отындар бар(ағаш, шымтезек, кейбір қабаттардың көмірлері). Күлділіктің максималды мәні 50% дейін.

Сұйық отын. Көмір табиғи сұйық болып табылады, оны ректификациялы бағаналардың көмегімен 300 ... 370°С дйін қыздыру арқылы дайындайды, одан кейін алынған буларды әр түрлі температура бойынша сұйыққа айналатын фракцияларға бөледі: жандырылған газ, бензинді, керосинді, дизельді. Қайнауы 330 ... 350⁰С температурадан басталатын сұйық қалдықты мазут деп атайды.