1. Navedi kakva se pretvorba energije događa u elektranama.
Elektrane pretvaraju primarne oblike energije u električnu energiju koju ubrajamo u korisne oblike energije. Primarne oblike energije nalazimo u prirodi i u njih spadaju: fosilna goriva (udjel oko 78%), nuklearna goriva (udjel oko 6%), drvo (udjel oko 10%), mehanička energija vode (udjel oko 3%) , mehanička energija vjetra, sunčeva energija, toplina mora i geotermalni izvori. Pored električne energije u korisne oblike energije ubrajamo još toplinsku i mehaničku energiju. Korisni oblici energije, za razliku od primarnih, podesni su za korištenje.
2. Navedi podjelu elektrana.
Elektrane se najprije dijele na hidroelektrane i termoelektrane.
Hidroelektrane mogu biti protočne i akumulacijske, a termoelektrane klasične (parne, plinske i dieselske) i nuklearne.
3. Opiši protočne elektrane
Grade se na velikim rijekama koje imaju veliki dotok vode tijekom cijele godine. Rijeka se pregrađuje niskom armiranobetonskom branom čija je uloga da usmjerava vodu na turbine koje su uronjene u gibajuću vodu. Turbine koje se ugrađuju u protočne hidroelektrane nazivamo Kaplanove. Privodno kolo je spiralno. Ima zakretne lopatice koje ravnomjerno raspoređuju masu vode po obodu, a zakretanjem se ona može i regulirati. Rotor ima mali broj lopatica i nalik je brodskom vijku. Lopatice su zakretne i na taj način se regulira brzina vrtnje. Koriste se za padove do 40 m.
4. Opiši akumulacijske elektrane
Grade se na planinskim rijekama gdje količina vode oscilira i ovisno o hidrološkim prilikama akumulacije mogu biti dnevne sezonske ili godišnje.
Rijeka se na pogodnom mjestu pregrađuje visokom armiranobetonskom branom i uzvodno se stvara akumulacijsko jezero. Akumulacijske elektrane koriste Francisove i Peltonove turbine, a voda se dovodi tlačnim vodom.
5. Opiši Francisovu turbinu
To je najčešće korištena turbina koja ima stupanj djelovanja 0,9. Primjenjuje se za padove 50- 700 m, a snage do 750 MW. Voda se u turbinu privodi spiralnim privodnim kolom koje ima zakretne lopatice i pomoću njih se regulira protok i brzina vrtnje.
6. Opiši Peltonovu turbinu
Peltonova turbina ima do 40 školjkastih lopatica u koje udara do šest slobodnih mlazova vode. Voda se kreće i dvostruko većom brzinom od obodne brzine turbine, a količina i brzina se reguliraju pomoću prigušnih trnova. Turbina ima stupanj djelovanja 0,92.
7. Navedi pretvorbu energije u akumulacijskoj elektrani.
Voda u akumulacijskom jezeru raspolaže s potencijalnom energijom, u tlačnom vodu prelazi u kinetičku, u turbini u mehaničku, a u generatoru u električnu.
8. Opiši električni generator.
To je energetski stroj u kojem dolazi do pretvorbe mehaničke u električnu energiju. Sastoji se od rotora i statora koji su izrađeni od međusobno izoliranih dinamolimova te pobudnog istosmjernog generatora. U utore rotora i statora stavljaju se namotaji. Namotaji rotora imaju više pari polova i nakon priključenja na pobudni generator postaju elektromagneti. Rotacijom se namotaji rotora približavaju i udaljavaju od namotaja statora. Tako na namotaje statora djeluje promjenjivo magnetsko polje i u njima se po principu elektromagnetske indukcije inducira izmjenična struja.
9. Opiši parnu termoelektranu.
Generator parnih termoelektrana pokreće parna turbina, a nju pokreće vodena para koja se proizvodi u parnom kotlu i ima visoki tlak i temperaturu. Parni kotlovi toplinsku energiju za zagrijavanje vodene pare dobivaju pretvorbom iz kemijske energije fosilnih goriva. Nakon prolaska kroz turbinu para se odvodi u kondenzator gdje se ukapljuje i pumpama vraća u kotao. Toplina koja se u kondenzatoru oduzima vodenoj pari koristi se za grijanje stambenih prostora.
10. Opiši plinsku termoelektranu.
Kod plinske termoelektrane generator pogoni plinska turbina, a ona energiju preuzima od vrućih dimnih plinova dobivenih izgaranjem plina ili tekućeg goriva u komori za izgaranje. Plinska termoelektrana koristi se kad brzo treba povećati proizvodnju struje. Izlazni plinovi iz plinske turbine imaju još vrlo visoku energiju, pa se najčešće koriste za proizvodnju vodene pare u posebnom kotlu koja pogoni parnu turbinu i generator. Ako plinska elektrana ne radi u paru sa parnom ima velike gubitke.
11. Opiši nuklearnu termoelektranu.
U reaktoru dolazi do raspada nuklearnog goriva (uran ili plutonij) i tada se oslobađa velika toplinska energija i radioaktivno zračenje radi čega se reaktor smješta u prostoriju sa betonskim zidovima debelim 5 metara. Toplinska energija iz reaktora koristi se za proizvodnju vodene pare, a nakon toga sve je isto kao kod klasične termoelektrane. Nuklearne termoelektrane imaju veliku snagu i dugački ciklus zamjene goriva, a koriste se i za pogon velikih vojnih brodova i podmornica. Snaga turbinsko-generatorskog agregata može biti do 1,7 GW.
12. Kako termoelektrane djeluju na životno okružje?
· Ispuštaju veliku količinu ugljičnog dioksida koji kao staklenični plin doprinosi globalnom zatopljenju.
· Sumporni dioksid spaja se u zraku sa vlagom te nastaje sumporasta kiselina od koje nastaju kisele kiše.
· Problem emisije krutih čestica koje zagađuju okoliš.
· Problem zbrinjavanja krutog otpada.
· Povišenje temperature vode, korištenje za hlađenje, koja se vraća u okoliš.
· Zagađivanje otpadnih voda.
· Problem povećane radioaktivnosti kod nuklearnih termoelektrana.
· Problem trajnog zbrinjavanja radioaktivnog otpada.
13. Opiši način prijenosa električne energije do potrošača.
Napon proizvedene struje u generatoru iznosi 6 do 35 kV. Takva struja nije podesna za distribuciju jer ima preveliku jakost, pa bi i gubici bili preveliki. Pošto je snaga jednaka umnošku struje i napona vidljivo je da istu snagu možemo prenijeti uz mnogo veći napon i adekvatno tomu uz mnogo manju jakost.
To svojstvo koristimo kod transporta dalekovodima i rabimo standardne vrijednosti napona 400kV, 220 kV i 110 kV.
Nakon dovođenja struje do potrošača napon se postupno smanjuje do 240 V (fazni) i 400 V (linijski).
Povećavanje i snižavanje napona izvodimo pomoću transformatora, a za kvalitetni dalekovodni prijenos potrebno je instalirati 7 puta veću snagu od generatorske.
14. Opiši strukturu dalekovodnih vodiča.
Dalekovodni vodič mora biti čvrst, relativno lagan i da dobro provodi električnu struju. To se postiže strukturom koja u sredini ima čelično uže, a okolo su aluminijski vodiči.
DODATNI SADRŽAJ (za one koji žele znati više) *****+
1. Prezentiraj elektroenergetski sustav Hrvatske.
U zapadnom području nalaze se hidroelektrane: Rijeka, Lepenica, Zeleni Vir, Fužine, Vinodol, Gojak, Senj, Sklope, Ozalj i Lešće, te dvije velike termoelektrane Rijeka i Plomin. Tu su i 220 kV trafostanice ( Brinje i Vodnjan ),
te centralna 400 kV Melina.
Središnja Hrvatska ima dvije velike termoelektrane ( Zagreb i Sisak ) i jednu srednjeg kapaciteta u Zagrebu. Glavne trafostanice su 220 kV Mraclin i Međurić, te 400 kV Tumbri i Žerjavinec.
Sjeverna Hrvatska ima tri protočne hidroelektrane na rijeci Dravi ( Varaždin, Čakovec i Dubrava ) i termoelektranu u Jertovcu, te više 110 kV trafostanica.
Istočna Hrvatska ima termoelektranu Osijek , te 220 kV trafostanicu u Đakovu i 400 kV u Ernestinovu.
U južnom području nalaze se hidroelektrane Velebit, Krčić, Golubić, Miljacka, Jaruga, Peruča, Orlovac, Đale, Zakučac (najveća u Hrvatskoj) i Kraljevac.
Glavne trafostanice su 220 kV Bilice i 400 kV Konjsko.
U okolici Dubrovnika su hidroelektrane Zavrelje i Dubrovnik i 110 kV trafostanica.
Hrvatska visokonaponska dalekovodna mreža povezuje gore navedene trafostanice, a ukupna joj je dužina blizu 7ooo km.
Hrvatskim elektroenergetskim sustavom upravlja se iz Državnog dispečerskog centra u Zagrebu uz podršku četiri regionalna u Zagrebu Splitu Rijeci i Osijeku.
2. Najveće hidroelektrane na svijetu (preporučamo pogledati na Internetu)
Najveća hidroelektrana na svijetu obzirom na godišnju proizvodnju od oko 95 TWh je ITIAIPU na rijeci Parani između Brazila i Paragvaja. Ima ugrađeno 20 Francisovih turbina snage 700MW.
Hidroelektrana Tri klanca na rijeci Jangce u Kini ima ugrađeno 32 Francisove turbine snage 700 MW, ali manju proizvodnju od ITIAIPU.
2. Kemijska energija goriva *****+
Oslobađa se izgaranjem goriva pri čamu se ugljik, vodik i sumpor vežu sa molekularnim kisikom. Kod zemnog plina se pri tom oslobađa oko 36 Mj za jedan prostorni metar. Materija mijenja stanje i prelazi u stabilnije (ono koje je imala prije fotosinteze). Kemijske veze su jače, a zbog toga relativističke mase neznatno manje, jer se dio mase pretvorio u energiju. Molekularni kisik ima slabu kemijsku vezu pa zato glavnina energije potječe od njega. Analizirajući kemijsku rekciju na mikrorazini dolazi se do zaključka da energija uglavnom potječe od kinetičke energije elementarnih čestica materije.
3. Nuklearna energija *****+
Nuklearna energija se oslobađa razbijanjem atoma urana 235 na dvije jezgre sa masenim udjelima približno 2/3, te 2 do 3 nova neutrona koji nastavljaju proces, a 22,5% mase neutrona pretvori se u kinetičku, a zatim u toplinsku energiju. Djelovanjem sporih neutrona jezgra urana se deformira u oblik sličan kikirikiju. Pošto nuklearne sile, koje drže jezgru na okupu djeluju do udaljenosti od 2,5 promjera neutrona nadjačaju ih odbojne elektrostatičke sile i dolazi do razdvajanja jezgri. Pri raspadu jedne jezgre oslobodi se oko 200 MeV energije. Nuklearna sila je posljedica jake sile koja vlada unutar protona i neutrona, a prenose ju čestice gluoni. Sastoji se od 3 komponente koje se figurativno označavaju bojama (crvena, plava i zelena), a 100 puta je jača od elektrostatičke. Djeluje na valentne kvarkove te ih pozicionira u centru sa međusobnim udaljenostima oko pola promjera neutrona i oko tih položaja oni osciliraju. Na udaljenosima manjim od pola promjera neutrona sila je odbojna sa tendencijom da raste u beskonačnost, a na udaljenostima većim od pola promjera neutrona ona je privlačna sa maksimumom od 12000 N na udaljenosti 0,9. Jaka sila djeluje i između gluona što ima za posljedicu da se ni gluoni ni kvarkovi kao zasebne čestice ne mogu pojaviti izvan protona i neutrona. Na česticu pion, a i druge lake mezone ne djeluje jaka sila pa oni prenose gluone do susjednih protona i neutrona i tako prenose ostatak jake sile koja drži jezgru na okupu.
Napomena: Ovu točku, a poželjno i neke druge, potrebno je produbiti nekim od brojnih sadržaja na Internetu.
Dodatna pitanja za provjeru znanja.
1. Parne i plinske turbine proizvedu pet puta više električne energije od vodnih.
DA NE
2. Sustavu hidroelektrane ne pripada:
a) kondenzator b) generator c) transformator d) turbina
3. Ozonske rupe su nastale:
a) djelovanjem rashladnih plinova b) djelovanjem sumpornog dioksida
4. Nuklearna goriva su:
a) teški metali i spojevi b) nemetali c) laki metali i spojevi
5. U nuklearnom reaktoru energija se oslobađa:
a) razbijanjem jezgri atoma nuklearnog goriva
b) izgaranjem nuklearnog goriva
6. Najviše vodne turbine dvostruko su manje od najviših parnih.
DA NE
|
