Сабақ конспектілері №1 дәріс конспектісі Дәріс тақырыбы:

Энергетика - бұл барлық күрделі энергетикалық ресурстарды іс жүзінде алуға, түрлендіруге, таратуға және пайдалануға арналған үлкен табиғи және жасанды жүйелер жиынтығы.

Энергетикалық ресурстар-адамның қолдану мүмкіндігі бар энергия жинақталған материалдық нысандар.

Энергетикалық ғылым-бұл энергетикалық ағымдардың қасиеттері мен өзара әсерлері, олардың қоғамға тигізетін әлеуметтік, экономикалық және ғылыми техникалық тұрғыдан алғандағы әсерлері және қоршаған ортаға тигізетін әсерлері жайлы білімдер жүйесі.

Энергетикалық ғылым қасиетті энергоресурстарды алумен тікелей және жанама байланысты процестер мен құбылыстарды, сондай-ақ энергияның сан алуан түрлерін жасайтын, түрлендіретін және тұтынатын қондырғыларды жасау қағидаларын қарстырады.

Энергетикалық ғылым үш бағытта дамып келе жатыр:

1. 
   Энергетика мен электрлендірудің тиімді ара қатынасын және даму заңдылықтарын, сондай-ақ энергетикада қарқынды дамып келе жатқан үлкен жүйелердің табиғаты мен қасиеттерін оқып үйрену. Бұл бағыттың мақсаты-энергетика жүйелерін болжау, жоспарлау және пайдалану әдістерін жетілдіру. Бұл бағыт ел экономикасы мен ондағы әлеуметтік процестермен тығыз байланысты;
   
2. 
   Әртүрлі энергоресурстар мен энергияны алу, түрлендіру, беру, болу және пайдалану тәсілдерін жетілдіру, барлық энегетикалық қондырғылардың пайдалы әсер коэффициентін жоғарылату, олардың экологиялық әсерін, яғни табиғат пен биосфераға тигізетін зиянды әсерін азайту;
   
3. 
   Энергияны алудың жаңа әдістері мен құралдарын жасау жәнеәртүрлі энергия түрлерін электр энергиясына түрлендіру; электр энергиясын берудің жаңа тәсілдерін жасау және оны жылжымайтын және жылжымалы қондфырғыларда қолдану.
   

Энергетиканың дамуы мен жұмысы мынадай әлеуметтік және демографиялық факторларға тәуелді болады: елдің саяси және экономикалық жағдайы, ондағы жұмыс күшінің болуы, халықтың орналасуы, энергия көздерінің орналасуы және т.б. Энергияны жасау оның өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және жұмыс пен көлікте тұтынылуымен тікелей байланысты.

Энергетика мынадай бөлімдерден тұрады: эалпы энергетика, энергетиканы басқару, электр энергетикасы, гидравлика энергетикасы, жылу энергетикасы, атом энергетикасы. Отынмен қамдау да энергетикаға жатады. Оның құрамына жер қойнауынан қазып аынатын отынмен қамдау да кіреді (Мәселен, көмір, мүк, газ, мұнай, ядролық жанармай). Бұл бөлімдердің әрқайсысының белгілі дәрежеде жеке, экономикалық, практикалық және ғылыми мәселелері бар.

Тұтынылатын энергия мөлшерін көбейту мен оның жаңа, тиімді түрлерін игеру ғылыми-техникалық және әлеуметтік дамудың қажетті шарты болып табылады. Физикалық және творчестволық емес ой еңбегін ауыстыратын жетілдірілген, автоматты түрде басқарылатын машиналар қолданылатын дамыған қоғам құру үшін тұтынылатын энергияны айтарлықтай дәрежеге көтеру, еңбек өнімділігін арттыру қажет.

Энергиямен қамтамасыз ету-адам творчестволы түрде жаңа техника түрлерін жасаумен, ғылыммен, өнермен, әдебиетпен-жалпы алғанда мәденитепен айналысуы үшін қажетті негіз болып табылады. Еңбек өнімділігін арттырып, шығарылатын өнім мөлшерін көбейту-энергетика мен энергетикалық техника дамуының негізгі мәні болып табылады.

Өндірісіті автоматтандыру мен электрлендіру, көліктік техника салаларындағы табыстардың энергетика мен энергетикалық ғылымдағы қазіргі және болашақтағы революциялық деп атауға болатын өзгерістеріне тигізетін әсері орасан зор. Ал ол өз кезегінде ғылыми-техникалық дамуға да айтарлықтай әсер етеді.

Қай заманда болсын, техникалық прогресс пен цивилизацияның дамуы қолданылатын энергоресурстардың саны мен сапасына тікелей тәуелді болатындығы белгілі. Техниканың қарқынды дамуын энергияның жаңа түрлерін қолданбай қамтамасыз ету мүмкін емес. Соның ішінде электр энергетикалық техника дамуының негізгі мәні болып табылады. Оны қазіргі заманғы цивилизацияның негізі деп те атауға болады. Өйткені өнеркәсіп пен аграрлық сектордағы, көлік пен турмыстағы, байланыс пен телеграфтағы, радио мен телевизиядағы сан алдымен электр энергиясы қажет. Электр энергиясыз кибернетиканың, есептеу техникасының, космостық техниканың дамуы мүмкін емес. Электр энергетикасының басты және маңызды ерекшелігі-алыс қашықтыққа беру оңай және энергияның басқа түрлеріне ауыстыру кезінде шығыны аз.

Соңғы жылдарда энергетиканың биосферамен, яғни бүкіл тіршілік атаулы жасайтын кеңістіктен байланысы айқын көрініп жүр. Оған адамның жасанды жолмен энергия мен қуат алуы табиғаттың біздің планетамызға беретін (әсерлесетін) энергиясы мен қуатына жақындағаны себеп болып отыр. Мәселен, бір жыл ішінде Күн 7.5·10¹⁷ кВт·сағ энергияны Жерге сәуле түрінде береді. Бұл 7.5·10¹⁴ кВт немесе адам тұтынатын шартты қуат 80-90 млрд. Квт.

Дүние жүзіндегі барлық электр станцияларының жалпы қуат 2 млрд. Квт-қа тең. Оны табиғаттың көптеген құбылыстарының қуатымен салыстыруға болады: планетадағы ауа ағымының орташа қуаты (25-30)·10⁹ кВт; күшті дауылдар (урагандар) қуаты (30-40) 10⁹ кВт; мұхит суларының ағып келуінің жалпы қуаты (2-5) 10⁹ кВт.

Жасанды энергетикалық процестердің атмосфераны ластау, жылу электр станцияларында органикалық отынды жағумен байланысты, әлемдік мұхитты пайдалануға байланысты, сондай-ақ ормандарды жою, гидроэлектр станцияларын құру кезінде жерді сумен жою сияқты зиянды әсерлері бар. Сондықтан энергетикалық жүйені басқару кезінде оның биосфераға тигізетін әсерлері, отынмен қамдаушы жүйенің әлеуметтік қызметтері және өнеркәсіп пен көліктің энергия қажеттілігі ескерілуі шарт. Тек энергетикалық жүйедегі энергияның жасалынуын ғана емес, сонымен бірге өнеркәсіптің әртүрі салаларындағы тұтынылуын да басқарып отыру қажет.

Негізгі әдебиет 1 [5-26], Қосымша әдебиет 4 [23-27]

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Энергетика деген не?
   
2. 
   Энергетикалық ғылыми нені зерттейді?
   
3. 
   Энергетикалық ғылымның негізгі даму бағыттары қандай?
   

Энергоресурстар дегенде пайдалану мүмкіндігі бар энергия жинақталған материалдық нысандарды түсіну қажет.

Энергия-материал қозғалысының әртүрлі формаларының сандық бағалануы. Шартты түрде оларды мынадай түрлерге бөлуге болады. Химиялық, механикалық, электрлік, ядролық және т.б.

Іс жүзіндегі қажеттіліктер үшін өте үлкен мөлшерде қолданылатын негізгі энергоресурстарға өзендер мен сарқырамалар энергиясын, әртүрлі органикалық отындарды (көмір, мұнай, газ) және ядролық отынды жатқызуға болады.

Энергоресурстар және қалпына келмейтін энергоресурстарға бөлінеді. Қалпына келетін энергоресурстарға табиғаттың өзі қалыптастыратын энергоресурстар (су, жел, т.б.), ал қалпына келмейтін энергоресурстарға жер қойнауында жинақтаған, бірақ қазіргі геологиялық жағдайларда пайда болмайтын энергоресурстар (көмір, мұнай, т.б.) жатады.

Табиғи жағдайларда тікелей алынатын энергия (отын, су, жел, жер жылуы, ядролық энергиялар) бастапқы энергия деп аталады.

Арнаулы қондырғыларда-станцияларда-бастапқы энергияның қайсы түрі қандай екіншілік энергия деп аталады.

Станциялардың атауларынан бастапқы энергияның қайсы түрі қандай екіншілік энергия түрлендірілетінін көруге болады. Мәселен, жылу электрлік станциясы (ЖЭС) жылуды (бастапқы энергия) электр энергиясына (екіншілік энергия), гидроэлектр станциясы (ГЭС) су қозғалысының механикалық энергиясын электр энергиясына, атом электр станция (АЭС) атомдық энергиясы электр энергиясына, келгінеу (прилив) электр станциясы (КЭС) өзен, көл, мұхит суларының толқындарының бастапқы энергиясын электр энергиясына, ал гидроаккумуляциялық электр станцияларында (ГАЭС) судың жиналған энергиясын электр энергиясына түрлендірулер жүзеге асырылады.

Қажетті энергия түрін алу және онымен тұтынушыларды қамтамасыз ету энергетикалық өндіріс процесінде жүзеге асырылады. Бұл процесс бес кезеңнен тұрады:

1. 
   энергоресурстарды алу және концентрация жасау: отынды өндіру мен байыту, арынды гидротехникалық құрылымдар көмегімен концентрация жасау және т.б.
   
2. 
   энергоресурстарды энергияны түрлендіруші қондырғыларға жеткізу. Бұл кезде су, көмір, газ және т.б. каналдар мен құбырлар арқылы немесе су мен құрлық арқылы тысамалданады.
   
3. 
   Бастапқы энергияны екіншілік энергияның жергілікті жағдайларға қолайлы және ыңғайлы түріне түрлендіру. Әдетте электр энергияныа немесе жылуға түрлендіріледі.
   
4. 
   Түрлендірілген энергияны жеткізіп беру және бөліп тарату.
   
5. 
   Энергияны тұтынушыға ыңғайлы түрде тұтыну.
   

Адамның жасанды жолмен алатын энергиясы біздің планетамыздағы болатын табиғи процестерге әсер етеді. Бұл жағдай қазіргі кезде, яғни адам жасайтын энергия қуаты қоршаған орта құбылыстарының қуатымен салыстыруға болатындай жағдайға жеткен кезде айқын байқалып жүр. Сонымен бірге энергетиканың қазіргі жағдайы мен дамуына адамның іс-қимылдары мен әрекеттерінің кері әсерлері де байқалады.

Қазіргі кезде энергетикалық жүйе жұмысын басқару кезінде, оны дамытудың жобалары мен болжамдарын қарастырғанда энергетикалық жүйе мен биосфераның өзара әсерін ескеру қажет.

Органикалық отынды жағу кезінде пайда болатын көмір қышқыл газының атмосферадағы мөлшерінің жоғарылуы, егер осы қарқынмен жүретін болса, Жерде апатты өзгерістер болғызуы мүмкін: көмір қышқыл газы Жердің қызған жоғарғы қабатының ұзын толқынды сәулеленуін жұтады да жылуды жер бетінде сақтап қалады. Осының нәтижесінде Гренландия мен Антарктиданың мұздықтарының еруі және құрлықтың су басуы сияқты бүкіл әлемдік құбылыстар жүруі мүмкін. Су басу қаупі бар жоғалуларда әлем халқының ¼ бөлігі тұрады.

Есептеулер бойынша, бір жыл ішінде Жерде жасалынатын энергия мөлшері Күннің жерге беретін энергиясының 3-5%-нен аспау керек. Көмір қышқыл газының мөлшерінің көбеюімен бірге атмосферадағы оттегі мөлшері де жыл сайын өсіп келеді. Бір жылда осы мақсатта 10-13 млрд тонна оттегі жұмсалады.

Жануарлар мен өсімдіктер әлеміне атмосфераның күкірт қышқылымен ластануы өте зиянды әсерін тигізеді. Күкіртті газ мөлшері 20 мг/м³ болғанда тыныс алу жолдарына кері әсері байқалады, ал 400-500 мг/м³ болғанда адам өміріне қауіп төндіреді. Атмосфераның күкіртпен ластануына электр станциялары мен жылыту қондырғылары ең көп үлес қосады (шамамен 60 %).

Барлық ластануы материалдар ішінде АЭС-тің жұмысы кезінде пайда болатын жасанды радиоактивті бөліну өнімдері ерекше орын алады.

Соңғы жылдары ГЭС-тар өте үлкен территорияны су бастыру мен халық тұратын аудандарды көшіру қажетті үшін қатты сыналып келеді. Жасанды су қоймаларын жасау кезінде сол аудан экологиясы күрт өзгереді, құрлыққа түсетін қысым мен жер астындағы су деңгейі өзгереді. Осының бәрі қоршаған ортаға кері әсерін тигізеді. Электр станцияларын салу кезінде құрылатын бөгеттер (плотиналар) судың ластануына, зиянды су өсімдіктерінің, эпидемия туғызатын бактериялардың көбеюіне, топырақтың тұздалуына (сорлар пайда болуына) алып келеді.

1-сурет. Электр станцияларының атмосфераны ластауы.

Газ бен түтін мөлшері тәулік ішіндегі тонна мөлшерімен, ал радиоактивті элементтер активтігі минус бірінші дірежелі секундпен берілген.

Көмірмен жұмыс істейтін станциялар оны өте көп мөлшерде тұтынады және атмосфераға ең үлкен зиянды зат мөлшерін береді.

АЭС атмосфера мен биосфераға зиянды әсерін тигізбейді. Бірақ бұл кезде радиоактивті қалдықтарды қауіпсіз сақтау мәселесі туындайды. 1000 МВт-тан бастап АЭС пайдалану тиімді екендігі анық, бірақ бұл жағдайда сенімділікке байланысты өте жоғары талаптар қойылады. Өйткені олардың жұмысындағы апаттың өзгерістер қоршаған ортаны қарқынды зақымдануларға ұшыратады.

Геотермиялық энергияны, күн радиациясының энергиясын және жел мен келгінеу энергияларын қолданатын электр станциялары қоршаған ортаға зиян тигізбейді.

Әртүрлі тазалаушы құрылымдар қолданғанда, электр энергиясын тұтынуды шектегенде, энергияны пайдалану тиімділігін көбейткен кездерде атмосфералы ластау азаяды. Ыстық судың су қоймаларына құйылуын азайту, ал қажет болғанда тіпті мүлдем жою қажет. Суды пайдаланудың тұйықталған жүйесін қолданған дұрыс.

Ауалық электр байланыс желілері арқылы алысқа энергия тасымалдау кезіндегі зиянды жағдайларды атап өткен жөн. Бұл кезде желінің астындағы аудан бол болуы қажет. Өйткені электромагниттік сәулелену жасайды. Бұл сәулелену адам ағзасына зиянды әсерін тигізеді және байланыс жүйелерінің қалыпты жұмысына кедергі жасайды. Кернеу 400-750кв мөлшерінде болғанда күшті өрістердің адамға зиянды әсер ететіндігі байқалған. Электрлік өрістің үлкен кернеулері кезінде арнаулы қорғаныс шаралары қолданылады. (Мәселен, қорғаныстық экрандаушы костюмдер т.б.). Ауалық электрбайланыс желілерінің орнына кабельдік желілерді қолдану (әсіресе үлкен қалаларға кіре берісінде) қажет. Болашақта өткізгіштігі өте жоғары және криогендік электрбайланыс желілерін пайдаланған дұрыс. Ашық түрдегі үлкен подстанцияларды жабық, оқшаулағыш газ толтырылған және жер астында орналасқан түрлерімен ауыстыру қажет.

Электр станцияларын жобалау кезінде оларды ел территориясына орналастыру қоршаған ортаны ластау дәрежесі бойынша жүргізілуі тиіс. Төменгі сортты отын пайдаланатын станциялар үлкен қалалардан, елді мекендерден алыста орналастырылуы керек.

Сонымен, биосфераны энергетиканың зиянды әсерлерінен қорғау мемлекеттік мәселе ретінде қарастырылуы шарт.

1. Энергетиканың биосфераға тигізетін зиянды әсерлері қандай?

2. Электр станцияларының қайсы түрі қоршаған ортаға көп зиянын тигізеді?

3.Электр станцияларының қайсы түрлері қоршаған ортаға зиянын тигізбейді?

4. Энергоресурстар деген не?

5. Электр станцияларының қандай түрлері бар?

6. Энергетикалық өндірісітің қазіргі кезеңдері қандай?

№3 дәріс конспектісі

ЖКЭС отынның химиялық энергиясын алдымен жылу энергиясына, одан соң механикалық энергияға және ең соңында электр энергиясына түрлендіреді.

Барлық жылулық қозғалтқыштар мынадай топтарға бөлінеді: пайдаланылатын жұмысшы зат түрі бойынша-бу және газ қозғалтқыштары;

жылу энергиясын механикалық энергияға түрлендіру тәсілі бойынша –поршеньді және роторлық қозғалтқыштар.

Поршеньді тәсілде түрлендіру үшін қыздыру кезіндегі жұмысшы заттың потенциалдық энергиясы қолданылады. Ал роторлық тәсіл кезінде жұмысшы заттың өте үлкен жылдамдықпен қозғалған бөліктерінің кинетикалық энергиясы қолданылады.

ЖЭС-тің негізгі жабдықтарына қазан, турбина және генератор жатады (2-сурет). Қазанда отынды 4 жаққан кезде жылулық энергия бөлініп шығады да, ол су буының 5 энергиясына түрлендіріледі. Турбинада 2 су буы айналудың механикалық энергиясына айналады.

2-сурет. ЖЭС-те энергия алу схемасы

.