Скачать

Взаимосвязь науки и электроэнергии

  В наши дни без науки не обходится ни одна сфера жизни общества: экономика, политика, культура, образование и т.д. И не удивительно, что наука непосредственно влияет на развитие энергетики и сферу применения электроэнергии. С одной стороны наука способствует расширению сферы применения электрической энергии и тем самым увеличивает ее потребление, но с другой стороны в эпоху, когда неограниченное использование не возобновляемых энергетических ресурсов несет опасность для будущих поколений, актуальными задачами науки становятся задачи разработки энергосберегающих технологий и внедрение их в жизнь

  К примеру, около 80% прироста ВВП развитых стран достигается за счет технических инноваций, основная часть которых связана с использованием электроэнергии. Все новое в промышленность, сельское хозяйство и быт приходит к нам благодаря новым разработкам в различных отраслях науки

  В настоящее время теоретические расчеты для научных разработок делаются с помощью электронно-вычислительных машин, которые работают на электрической энергии, наиболее удобной для передачи ее на расстояние и использования. Но если первоначально ЭВМ использовались для научных расчетов, то теперь из науки компьютеры пришли в жизнь. Современные компьютеры используются во всех сферах деятельности человека: для записи и хранения информации, создания архивов, подготовки и редактирования текстов, выполнения чертежных и графических работ, автоматизации производства и сельского хозяйства. Электронизация и автоматизация производства - важнейшие последствия "второй промышленной" или "микроэлектронной" революции в экономике развитых стран. С микроэлектроникой непосредственно связано и развитие комплексной автоматизации, качественно новый этап, которой начался после изобретения в 1971 году микропроцессора - микроэлектронного логического устройства, встраиваемого в различные устройства для управления их работой

  Большинство применяемых ныне роботов (устройств со встроенным микропроцессором) относится к так называемому первому поколению и применяются при сварке, резании, прессовке, нанесении покрытий и т.д. Основная часть роботов работают на электрической энергии, но увеличение потребления электроэнергии роботами компенсируется снижением энергозатрат во многих энергоемких производственных процессах   за счет внедрения более рациональных методов и новых энергосберегающих технологических процессов. Приходящие им на смену роботы второго поколения оборудованы устройствами для распознавания окружающей среды. В недалеком будущем роботы-"интеллектуалы" третьего поколения будут "видеть", "чувствовать", "слышать". Ученые и инженеры среди наиболее приоритетных сфер применения роботов называют атомную энергетику, освоение космического пространства, транспорта, торговлю, складское хозяйство, медицинское обслуживание, переработку отходов, освоение богатств океанического дна

  В науке все новые теоретические разработки после теоретических расчетов проверяются экспериментально. И, как правило, на этом этапе исследования проводятся с помощью физических измерений, химических анализов и т.д. Основная часть этих инструментов экспериментальной науки работают на электрической энергии

  Постоянно возникающие идеи в области физики, связанные с получением и передачей электроэнергии приводят к попыткам ученных создать электрические генераторы без вращающихся частей. В обычных электродвигателях к ротору приходится подводить постоянный ток, чтобы возникла "магнитная сила". К электромагниту, "работающему ротором" (скорость его вращения достигает трех тысяч оборотов в минуту) электрический ток приходится подводить через проводящие угольные щетки и кольца, которые трутся друг о друга и легко изнашиваются. Поэтому большое значение имеют мысли по замене ротора струей раскаленных газов, плазменной струей, в которой много свободных электронов и ионов. Если пропустить такую струю между полюсами сильного магнита, то по закону электромагнитной индукции в ней возникнет электрический ток - ведь струя движется. Электроды, с помощью которых должен выводиться ток из раскаленной струи, могут быть неподвижными, в отличие от угольных щеток обычных электрических установок. Новый тип электрической машины получил название магнитогидродинамического генератора. В 1956г. учеными был изобретен уникальный электрохимический генератор, получивший название топливного элемента. К электродным пластинкам топливного элемента подводится два газа - водород и кислород. На платиновых электродах газы отдают электроны во внешнюю электрическую цепь, становятся ионами и, соединяясь, превращаются в воду. Из газового топлива получается сразу и электроэнергия и вода. Удобный, бесшумный и чистый источник тока для дальних путешествий, например в космос, где особенно нужны оба продукта топливного элемента

  Не менее оригинальным является способ получения электроэнергии из солнечной энергии   с помощью фотоэлектрических установок (солнечных батарей). С ними связано появление "солнечных домов", "солнечных теплиц", "солнечных ферм". Такие солнечные батареи используются и в космосе для обеспечения электроэнергией космических кораблей и станций

  Ощутимое влияние оказывает наука в области сре дств св язи и коммуникаций. Спутниковая связь используется уже не только как средство международной связи, но и в быту. Передовые средства связи, например волоконная техника, позволяют передавать сигналы на большие расстояния и при этом затрачивать минимальное количество электроэнергии

  Как же наука могла не затронуть сферу управления. С развитием НТР и расширением сфер деятельности человека, все более важную роль в повышении их эффективности начинает играть управление. Из своего рода искусства, еще недавно основывавшегося на опыте и интуиции, управление в наши дни превратилось в науку. Наука об управлении, об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации называется кибернетикой. Этот термин происходит от греческих слов "рулевой", "кормчий"

  Еще до внедрения и развития кибернетики существовала только бумажная Информатика, основным средством восприятия которой оставался человеческий мозг, и которая не использовала электроэнергию. "Кибернетическая" революция породила принципиально иную - машинную информатику, соответствующую гигантски возросшим потокам информации, источником энергии для которой служит электроэнергия. Созданы совершенно новые средства получения информации, ее накопления, обработки и передачи, в совокупности образующие сложную информационную структуру. Она включает АСУ (автоматизированные системы управления), информационные банки данных, автоматизированные информационные базы, вычислительные центры, видеотерминалы, общегосударственные информационные системы, системы спутниковой и скоростной волокнисто-оптической связи - все это привело к увеличению количества потребляемой электроэнергии

  Ученые высказывают мнение, что в данном случае речь идет о новой "информационной" цивилизации, приходящей на смену традиционного индустриального общества. Такая специализация характеризуется следующими важными признаками:

влиянием информационных технологий в материальном и нематериальном производстве, в области науки, образования, здравоохранения и т.д.;

существованием общедоступной сети различных банков данных;

информация - один из важнейших факторов экономического, национального и личного развития;

беспрепятственное обращение информации в обществе

  Трудно представить современное производство без электрификации. Более 1/3 всего потребления энергии в мире осуществляется в виде электрической энергии. И эта доля неизбежно растет. Такой рост потребления электроэнергии прежде всего связан с ростом ее потребления в промышленности

  Основная часть промышленных предприятий работает на электрической энергии. Высокое потребление электроэнергии характерно для таких энергоемких отраслей, как металлургия, алюминиевая и машиностроительная промышленность. Возникает проблема эффективного использования этой энергии. При передаче электроэнергии на большие расстояния, от производителя до потребителя, потери на тепло вдоль линии передачи растут пропорционально квадрату тока, т.е. если ток удваивается, то тепловые потери увеличиваются в 4 раза. Поэтому, желательно, чтобы ток в линиях был мал. Для этого повышают напряжение на линии передач. Электроэнергия передается по линиям, где напряжение достигает сотен тысяч вольт. Возле городов, получающих энергию от линий передач, это напряжение с помощью понижающего трансформатора доводят до нескольких тысяч вольт. В самом же городе на подстанциях напряжение понижается до 220 вольт

  Для рационального использования электроэнергии   вырабатываемой электростанциями на большой территории нашей страны, они объединены в электроэнергетические системы отдельных районов: европейской части, Сибири, Урала, Дальнего Востока и др. Такое объединение позволяет эффективней использовать электроэнергию, согласовывая работу отдельных электростанций. Сейчас различные энергосистемы объединены в единую энергетическую систему России

  В 60-е годы основным методом выплавки стали был мартеновский способ (72% всей выплавки),   в 90-е же годы эта технология выплавки заменена более эффективными методами: кислородно-конверторным и электросталеплавильным, а это значит что еще более эффективным методом снижения энергозатрат является применение энергосберегающих технологий и современного оборудования, потребляющего минимальное ее количество