ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Для наиболее полного удовлетворения все возрастающих потребностей человечества в электрической энергии проводятся исследования в области электротехники в двух генеральных направлениях: поиск наиболее рационального преобразования различных видов энергии в электрическую и поиск наиболее экономичных способов ее передачи. Снижение стоимости и повышение КПД тепловых станций на обычном топливе, а также атомных и гидроэлектростанций связаны с увеличением единичной мощности энергетических блоков. Однако рост мощности турбогенераторов (в настоящее время она возросла до 800... 1200 МВт) ограничен пределом прочности существующих материалов. В этих условиях становится перспективным нетрадиционный метод преобразования тепловой энергии непосредственно в электрическую в неподвижных каналах. Это возможно при использовании потока плазмы с температурой 2500...3000 °С в магнитогидродинамическом (МГД) генераторе.

Принцип действия МГД генератора состоит в следующем. В камере сгорания топлива с присадками для повышения электропроводности газа образуется плазма, которая поступает в пространство между двумя электродами. В магнитном поле двигающиеся ионы и электроны плазмы отклоняются к этим электродам (эффект Холла). При этом между электродами возникает разность потенциалов, а через нагрузку, подключенную к электродам, протекает ток. Коэффициент полезного действия такой установки может достигать 50...60% вместо 40...42%, на обычных тепловых электростанциях. Расходы топлива снижаются на 20...40%, охлаждающей воды — в 2 раза. Для освоения этих генераторов необходимо разработать огнеупоры канала, способные работать достаточное время в условиях столь высоких температур, крупные сверхпроводящие системы и мощные инверторы — преобразователи постоянного тока в переменный.

Внимание ученых привлекает прямое преобразование химической энергии в электрическую в топливных элементах, в которых происходит химическая реакция “сжигания” топлива с КПД, близким к единице. Созданы элементы, которые дают мощность до нескольких сот киловатт, что важно при создании электромобилей. Однако данная проблема еще далека от окончательного решения.

Существенные результаты получены при исследовании явления сверхпроводимости и путей его использования в электротехнике. Доказана возможность практической реализации с использованием сверхпроводимости новых технических идей уменьшения массы и увеличения мощности и КПД генераторов и двигателей постоянного и переменного тока. Разрабатываются сверхпроводящие магнитные системы для установок управляемого термоядерного синтеза и МГД генераторов. Большой интерес представляют также гибкие сверхпроводящие кабели. Расчеты показывают, что использовать такие кабели целесообразно для передачи переменного тока при мощности 2000...3000 МВт, а постоянного — более 5000 МВт с напряжением до 500 кВ.

Большое значение имеет создание новых сверхпроводящих материалов, особенно способных работать при сравнительно высоких температурах, что значительно упростит сооружение различных электрических систем. Получены материалы на основе соединений ниобий-германий и ниобий-алюминий-германий с критическими температурами до 23 °К. Это позволяет использовать в качестве хладагента водород.

В настоящее время свыше 90% вырабатываемой электроэнергии передается с помощью воздушных линий электропередач (ЛЭП) переменного тока из-за легкости трансформации напряжения. Однако при использовании переменного тока повышение напряжения, приводя к уменьшению потерь мощности на активном сопротивлении проводов, сопровождается дополнительными потерями энергии на коронный разряд. Кроме того, необходимо синхронизировать между собой отдельные генераторы. При нарушении синхронизации генераторов (одинаковая скорость вращения роторов и выполнение фазовых соотношений) генераторы отключаются и энергосистема “разваливается”. Всего этого можно избежать при передаче электрической энергии с помощью постоянного тока высокого напряжения. Однако в последнем случае необходимы мощные и экономические инверторы. Передача энергии постоянным током экономически оправдана при длине ЛЭП более 1000 км.

В последние годы рассматриваются возможности передачи электрической энергии с помощью электронных пучков в вакууме и с помощью СВЧ колебаний по волноводам.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ