Energie en die nasionale elektrisiteitsnetwerk

Hoofstukoorsig

1 week

Hierdie hoofstuk hersien die werk wat in Graad 7 en 8 behandel is, met die klem op kernbrandstof. Probeer om 'n uitstappie na 'n kragstasie te reël, of vra of 'n ingenieur na die skool kan kom om te verduidelik hoe 'n kragstasie werk, en om leerders se vrae te beantwoord. Dit sal 'n geleentheid skep vir die leerders om vrae oor beroepe in die elektriese industrie te vra. Hier is 'n skakel na die Wikipedia artikel wat al die kragstasies in Suid-Afrika noem. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_power_stations_in_South_Africa http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_power_stations_in_South_Africa

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_power_stations_in_South_Africa

Hier is 'n tabel wat sommige van die kragstasies in Suid-Afrika en die provinsie waarin hulle geleë is, toon.

Steenkool-aangedrewe kragstasies

Kragstasie

Provinsie

Arnot kragstasie

Mpumalanga

Bloemfontein kragstasie

Vrystaat

Camden kragstasie

Mpumalanga

Duvha kragstasie

Mpumalanga

Kelvin kragstasie

Gauteng

Lethabo kragstasie

Vrystaat

Matimba kragstasie

Limpopo

Pretoria-Wes kragstasie

Gauteng

Hidroëlektriese Kragstasies

Kragstasie

Provinsie

Drakensberg Pompopgaarskema

Vrystaat

Gariepdam

Vrystaat-Oos-Kaap grens

Ingula Pompopgaarskema

Kwa-Zulu Natal

Kougadam

Oos-Kaap

Palmiet Pompsopgaarskema

Wes-Kaap

Steenbras Pompsopgaarskema

Wes-Kaap

Vanderkloofdam

Noord-Kaap

6.1 Elektriteitsopwekking (1 uur)

Take

Vaardighede

Voorstel

Aktiwiteit: Hidroëlektriese krag

Volg van instruksies, waarneming, identifisering, beskrywing, verduideliking

Voorgesteld

Aktiwiteit: Alternatiewe energie kragstasies

Navorsing, opsomming, vergelyking, bespreking, skryf

KABV-voorgestel

(hierdie kan as 'n moontlike projek gebruik word)

6.2 Kernkrag in Suid-Afrika (1.5 ure)

Take

Vaardighede

Voorstel

Aktiwiteit: Voordele en nadele van kernkrag

Navorsing, vergelyking, bespreking, debatering, skryf, groepwerk

Voorgesteld

6.3 Nasionale elektrisiteitsnetwerk (0.5 uur)

  • Hoe word elektrisiteit in 'n kragstasie opgewek?
  • Watter energiebronne word in Suid-Afrika gebruik om elektrisiteit op te wek?
  • Is kernenergie die beste oplossing vir die energiekrisis?
  • Wat is die voordele en nadele van kernkrag?
  • Hoe word elektrisiteit vanaf kragstasies na ons huise versprei?

Elektrisiteitsopwekking

  • turbine
  • generator
  • alternatiewe energie
  • kragstasie

Elektrisiteit word in 'n kragstasie opgewek. In vorige grade het ons gekyk na hoe elektrisiteit in 'n steenkoolaangedrewe kragstasie opgewek word, en dan deur die nasionale energienetwerk deur die land versprei word. Ons gaan sommige van hierdie konsepte hersien.

Elektrisiteitsopwekking (video).

Die algemene metode vir die produksie van elektrisiteit is om 'n turbine te draai, wat dan 'n generator draai. In Suid-Afrika gebruik die meeste van die kragstasies steenkool as brandstof. Die steenkool word uit die Aarde gemyn en in groot vragmotors of treine na die kragstasies vervoer.

In Gr 8 mag jy dalk miniatuurturbines gemaak het, en gesien het hoe stoom die lemme van die turbine kan laat draai. Jy kan na hierdie terugverwys deur aanlyn te gaan na www.curious.org.za

Onthou jy hoe steenkool gevorm is? Steenkool is 'n fossielbrandstof wat oor miljoene jare gevorm het, soos prehistoriese moerasse en plantegroei deur lae sediment bedek is en saamgepers is.

'n Steenkoolaangedrewe kragstasie

Hoe 'n steenkoolkragstasie werk (video)

Kom ons kyk van nader na wat in 'n steenkoolaangedrewe kragstasie gebeur. Kyk na die volgende diagram.

'n Oorsig van die stappe in 'n steenkoolaangedrewe kragstasie:

  1. Die groot stukke steenkool word eers tot 'n fyn poeier gemaal. Dit word verpoeiering genoem.

  2. Die steenkool word dan na 'n hoogoond vervoer, waar dit verbrand word.

  3. Die termiese energie van brandende steenkool word gebruik om water te kook en stoom op te wek.

  4. Die stoom stoot teen die lemme van die turbine, sodat die turbine draai.

  5. Die turbine is verbind aan die skag van die generator, wat dan groot magnete binne-in draadspoele draai, wat sodoende elektrisiteit opwek.

  6. Die elektriese stroom word deur die transmissielyne na besighede en huise gestuur.

Hierdie is die Orlando Kragstasie in Soweto, wat Johannesburg vir 50 jaar vanaf 1951 bedien het. Dit word nie meer gebruik nie. Die geverfde verkoelingstorings kan die duidelikste gesien word, maar die gebou aan die regterkant is ook deel van die kragstasie.

Die verkoelingstoring aan die linkerkant van die foto is bedek met die grootste muurskildery in Suid-Afrika.

Is steenkool 'n hernubare of nie-hernubare energiebron? Verduidelik jou antwoord.



Dit is nie-hernubaar omdat daar 'n vaste hoeveelheid is, en dit nie vervang kan word nie.

Wat is die nadele van Suid-Afrika se afhanklikheid van steenkool as die hoofbron van energie in kragstasies?





Bespreek dit met die klas. Hierdie is hersiening van wat leerders in vorige grade sou behandel het. Die belangrikste nadele is:

  • Die gebruik van steenkool is nie volhoubaar nie, omdat steenkool 'n nie-hernubare energiebron is.
  • Die gebruik van steenkool het ernstige negatiewe omgewingsgevolge. Die brand van steenkool stel kweekhuisgasse vry, wat in die atmosfeer opbou. Dit dra by tot die vorming van suurreën en die kweekhuiseffek, wat tot aardverwarming lei.

Leer meer oor die kweekhuiseffek met hierdie simulasie . http://phet.colorado.edu/en/simulation/greenhouse

'n Moderne stoomturbine wat aan 'n generator gekoppel is.

Daar is baie verskillende maniere om genoeg energie te kry om die turbine te draai. Wat is sommige van die alternatiewe energiebrone wat in plaas van steenkool gebruik kan word? Noem hulle hieronder.






Alternatiewe energiebronne sluit is:

  • wind
  • vallende water (hidroëlektries)
  • sonverhitte sisteem
  • kernsplyting
  • getygolwe (golwe in die see)
  • biobrandstowwe

Die Gariepdam is op die grens van die Vrystaat en die Oos-Kaap provinsies. Dit is 'n hidroëlektriese kragstasie wat die water wat uit 'n dam val gebruik om die turbine te draai. Hoe laat die vallende water die turbine draai? Kom ons ondersoek dit verder.

Hoe hidroëlektrisiteit werk.

Hidroëlektriese krag

MATERIALE:

  • aluminiumfoelie-plaat of bakplaat
  • skêr
  • potlood
  • kleefband
  • stuk tou van omtrent 45 cm lank
  • uitveër
  • moer, bout, of ander klein massastuk
  • bron van lopende water, soos 'n kraan

As 'n aluminiumfoelie-plaat nie beskikbaar is nie, kan dik karton gebruik word. Die kartonwiel sal nie so lank hou wanneer dit aan water blootgeste is nie, en dit moet dus in ag geneem word. Dieselfde wiel kan nie weer hergebruik word nie.

INSTRUKSIES:

  1. Sny die ronde bodem van die aluminiumfoelie-plaat uit. As dit nie rond is nie, gebruik 'n passer om 'n sirkel op die basis te teken, en sny dit dan uit.
  2. Maak agt gelyk-gespasieerde snye na aan die middel van die foeliesirkel, soos met die vaste lyne in die diagram gewys. Eindig elke sny omtrent 2 cm vanaf die middel. Jy het nou agt driehoekige seksies.
  1. Vou elke seksie na bo. Gebruik 'n liniaal om te help om 'n reguit sy te verkry. Gebruik die stippellyne in die diagram as gids.
  2. Maak 'n gat in die middel van die plaat. Druk 'n potlood deur die gat sodat dit styf in die gat pas. Gebruik kleefband om die wiel aan die potlood vas te plak sodat die wiel ook sal draai as die potlood gedraai word.
  3. Bind 'n stuk tou aan die een punt van die potlood vas. Bind 'n klein moertjie of bout aan die ander punt van die tou vas.
  4. Hou elke punt van die potlood liggies tussen jou duime en voorvingers.
  5. Hou die wiel onder 'n stadige waterstroom wat uit die kraan loop. Maak seker dat die wiel gehou word sodat die lemme in die water is, soos in die diagram gewys word.

VRAE:

Wat gebeur met die aluminiumwiel wanneer dit in die stroom water geplaas word?


Die wiel draai.

Wat gebeur met die massastuk wanneer die aluminiumwiel in die waterstroom is?



Die massastuk word deur die draaiende potlood opwaarts getrek soos die tou om die potlood gedraai word.

Verduidelik die oordragte van energie tussen die vallende water en die oplig van die massastuk.




Die water het gravitasionele energie, wat na kinetiese energie omgesit word soos dit van die kraan af val. Die kinetiese energie word na die lemme van die wiel oorgedra. Die kinetiese energie van die draaiende wiel word na die potlood oorgedra. Die draaiende potlood trek die tou na bo, wat die massastuk optrek. Die kinetiese energie van die potlood word omgesit in die gravitasionele potensiële energie van die massastuk soos wat dit opwaarts beweeg.

  1. Die volgende diagram wys 'n voorbeeld van 'n hidroëlektriese kragstasie. Beantwoord die vrae wat volg.

Die watervlak in die dam aan die linkerkant is hoog. Watter soort energie het die water?


NOTA: Die volgende vrae kan die volgende dag in die klas as hersieningstaak gebruik word, of gedoen word as huiswerktaak.

Die water het gravitasionele potensiële energie.

Beskryf die oordrag van energie soos die water afwaarts deur die uitlaat van die dam vloei.


Die gravitasionele potensiële energie word in kinetiese energie omgesit soos die water beweeg/afvloei.

Die vloeiende water draai die turbine. Dit is 'n meganiese stelsel. Watter energie het die turbine?


Dit het kinetiese energie.

Die generator dra energie oor tussen twee stelsels. Die kinetiese energie in die meganiese stelsel word na elektriese energie in die elektriese stelsel omgesit soos wat dit elektrisiteit opwek. Uit watter dele bestaan die elektriese stelsel in die diagram?



Die elektriese stelsel bestaan uit die generator, die transmissielyne en die huise/geboue in die stad.

Wat is die uitset van hierdie hele stelsel?


Die stad kry elektrisiteit om huishoudelike toestelle, masjiene, apparate, ligte en verhittingstelsels te laat werk.

'n Groot damwal word dikwels gebou om water te versamel. Die water vloei dan deur die hidroëlektriese kragstasie.

Die grootste dam in die wêreld.

'n Groot damwal met 'n hidroëlektriese kragstasie.
Die generators binne-in 'n hidroëlektriese kragstasie.
Die water vloei dan by die onderkant van die kragstasie uit, en vloei verder in die rivier af.

'n Turbine kan gebruik word om kinetiese energie vanaf die vallende water na die generator oor te dra. 'n Generator is 'n toestel wat meganiese energie na elektriese energie omskakel. 'n Generator bestaan uit groot metaalspoele wat in 'n magnetiese veld beweeg. In sommige generators staan die spoele stil, terwyl die magnete roteer, en in ander generators is dit die magnete wat stilstaan terwyl die spoele roteer. Die draai van geleidende metaalspoele in 'n magneetveld wek 'n elektriese stroom op.

Wek elektrisiteit met 'n staafmagneet op in hierdie simulasie. Ondersoek magnete en hoe jy hulle kan gebruik om 'n gloeilamp te laat brand, en ontdek so die fisika agter hierdie verskynsel. http://phet.colorado.edu/en/simulation/generator

Die moderne generator werk op die beginsel van elektromagnetiese induksie wat in 1831-32 deur Michael Faraday ontdek is. Faraday het ontdek dat 'n mens elektriese stroom kon laat vloei deur 'n geleier, byvoorbeeld 'n draad wat elektriese ladings bevat, in 'n magneetveld te beweeg. Hierdie beweging veroorsaak 'n potensiaalverskil tussen die twee punte van die elektriese geleier. Dit veroorsaak dan dat die elektriese ladings as stroom deur die geleier vloei.

Die Faraday-skyf was die eerste elektromagnetiese generator en is in 1831 deur die Britse wetenskaplike Michael Faraday uitgevind.

'n Skets van 'n Faraday-skyf, wat die eerste elektromagnietese generator was. Dit het bestaan uit 'n koperskyf wat tussen die pole van 'n U-vormige magneet geroteer is om elektrisiteit op te wek.

Hoe om jou eie eenvoudige generator te maak.

Daar is baie verskillende tipes generators wat in verskillende situasies gebruik kan word - nie net in kragstasies nie. In sommige seiljagte en bote word klein skroewe in die water of windturbines gebruik om hul batterye te laai. Wanneer daar kragonderbrekings is word draagbare generators dikwels in huise en besighede gebruik om toestelle soos ligte en yskaste aan die gang te hou. In draagbare generators word fossielbrandstowwe soos petrol of diesel gebruik om die as te draai om elektrisiteit op te wek.

Die uitlaatgasse van draagbare generators is giftig. In hoë genoeg konsentrasies kan dit dodelik wees. Draagbare generators moet in 'n goed-geventileerde plek gebruik word, en weg van die water gehou word.

'n Draagbare generator wat in 'n huis gebruik word.

Dinamo's is klein generators wat geroteer word deur iemand wat 'n krukas draai. Dit kom voor in toestelle soos draagbare radios en flitse, en word baie algemeen in op hardehoede van mynwerkers gebruik. Dinamo's word ook saam met fietsligte gebruik. Die dinamo in 'n fiets bestaan uit 'n permanenete magneet wat omring is deur draadspoele en is vas aan die wiel wat roteer wanneer die fiets beweeg. Soos die dinamo draai, wek dit 'n veranderende magneetveld op, wat elektrisiteit in die omringende draadspoele genereer.

Dinamo's is die voorloper toestelle wat gelei het tot die ontwikkeling van moderne elektriese generators wat nou wêreldwyd gebruik word. Dinamo's word egter steeds gebruik in gevalle waar lae stroom benodig word.

'n Dinamo op 'n fietswiel.

Soos ons gesien het word die meeste elektrisiteit in Suid-Afrika opgewek deur die verbranding van steenkool om stoom te vorm wat die turbines laat draai. 'n Klein hoeveelheid elektrisiteit word ook deur die gebruik van alternatiewe energiebronne opgewek. Waarom word hulle alternatiewe energieë genoem? Dit is omdat hulle nie die hoofbron van energie is nie. Die meeste alternatiewe bronne is hernubare vorme van energie.

Op die see is windturbines 'n alternatiewe energiebron.

'n Lys van die verskillende kragstasies in Suid-Afrika. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_power_stations_in_South_Africa

Alternatiewe energie kragstasies

Hierdie kan as 'n moontlike navorsingsprojek gebruik word waar leerders een van die alternatiewe energie kragstasies in Suid-Afrika navors en 'n plakkaat oor hulle bevindings voorlê. Hulle moet inligting bekom oor die volhoubaarheid en omgewingsivloed van die alternatiewe energie kragstasie en dit met 'n steenkoolaangedrewe kragstasie vergelyk.

INSTRUKSIES:

  1. Vors die verskillende tipes kragstasies in Suid-Afrika na.
  2. Kies een van die alternatiewe energiebronne wat in Suid-Afrika gebruik word.
  3. Alternatiewelik mag jou onderwyser jou vra om hierdie as 'n navorsingsprojek te doen, en 'n plakkaat van jou bevindinge voor te lê.
  4. Skryf hier 'n paragraaf waarin jy die alternatiewe energiebron kragstasie wat jy nagevors het bespreek. Sluit die volgende inligting in jou paragraaf in:

    1. Vergelyk die alternatiewe energie kragstasie met 'n steenkoolaangedrewe kragstasie met betrekking tot volhoubaarheid en omgewingsimpak.
    2. Bespreek die voordele en nadele van die gebruik van alternatiewe energiebronne eerder as steenkool vir die opwekking van elektrisiteit.
    3. Sluit jou verwysings in.
















Leerder-afhanklike antwoord.

Kernkrag in Suid-Afrika

  • kernkrag
  • kernsplyting
  • kernversmelting
  • radioaktief

Eskom se artikel oor die Koeberg Kragstasie. http://www.eskom.co.za/c/article/12/koeberg/

Suid-Afrika het slegs een kommersiële kernkragstasie, die Koeberg Kragstasie naby Kaapstad.

Die Koeberg Kragstasie buite Kaapstad.

Voordat ons na kernsplyting kyk, kom ons hersien die model van die atoom waarvan ons alreeds geleer het. Skryf byskrifte by hierdie diagram van die model van die atoom.

Die atoom met byskrifte lyk as volg:

Die meeste atoomkerne is stabiel. Daar is egter sommige elemente wat nie stabiel is nie. Die kerne in hierdie onstabiele elemente gee spontaan deeltjies af. Dit word straling genoem. Ons sê dat 'n kern wat straling afgee radioaktief is. Radioaktiewe verval is die proses wat plaasvind wanneer 'n onstabiele atoomkern deeltjies afgee. Dit 'verval' dan na 'n ander tipe atoom met 'n verskillende massa.

Leer meer oor radioaktiewe verval deur hierdie simulasie te speel. http://phet.colorado.edu/en/simulation/radioactive-dating-game

Hoe kernkrag werk.

Kernkrag is die eerste maal vir energie-opwekking oorweeg aan die begin van die 20ste eeu toe navorsers ontdek het dat radioaktiewe materiale, soos radium en uraan, groot hoeveelhede energie vrystel wanneer hulle verval. Vir 'n lang tyd daarna is kernkrag egter nie as 'n praktiese opsie gesien om elektrisiteit op te wek nie.

Jy mag die eerste keer van kernversmelting in Gr 8 Planeet Aarde en die Ruimte geleer het, toe daar gekyk is na waar die energie in ons Son vandaan kom.

Dit het in die 1930s met die uitvinding van kernsplyting verander. Kernsplyting is die proses waartydens wetenskaplikes die kern van 'n atoom in twee kleiner atome verdeel. Dit stel 'n reuse hoeveelheid energie vry. Daar is ook 'n ander manier waarop van die atoomenergie vrygestel kan word, naamlik kernversmelting. Kernversmelting is wanneer twee atome saamgebring word om 'n nuwe, groter atoom te vorm. In beide hierdie tipes kernreaksie word groot hoeveelhede warmte en straling vrygestel.

Die atoombom aanval op Nagasaki op 9 Augustus 1945.

Atoombomme gebruik die prosesse van kernsplyting en kernversmelting. Die verwoestende effekte van kernbomme kan vandag steeds gesien word in Hiroshima en Nagasaki in Japan, waar twee kernbomme gedurende die Tweede Wêreldoorlog laat val is.

Lees meer oor hoe kernbomme werk. http://science.howstuffworks.com/nuclear-bomb2.htm

Kernkrag gebruik kernsplyting, kernversmelting en kern (radioaktiewe) verval. Uraan is 'n onstabiele element en ondergaan radioaktiewe verval teen 'n baie stadige tempo. Dit maak van uraan 'n goeie keuse om as 'n brandstof in kernkragsentrales te gebruik. Kernkragsentrales gebruik dus uraan en veroorsaak kernsplyting om hitte en straling vry te stel. Kom ons kyk na 'n kernkragstasie, soos Koeberg Kragstasie, van binne.

Gaan na die voorkant van jou werkboek en vind uraan in die Periodieke Tabel. Dit het die simbool U, en die atoomgetal 92.

Die hoofverskil tussen 'n kernkragstasie en ander kragstasies soos steenkoolkragstasies, is die manier waarop die water verhit word om stoom te vorm.

'n Kernkragstasie het 'n kernreaktor. Die groot hoeveelheid energie wat vrygestel word gedurende die kernsplyting van uraan moet beheer word. Die kernreaktor is die toestel waarin die kernreaksies plaasvind en waar dit beheer word. Die uraan word in klein balletjies gevorm wat dan in lang stawe in die reaktor gerangskik word. Hierdie deel word die reaktorkern genoem. 'n Groep stawe word 'n bondel genoem en die bondels word in die water gehou om oorverhitting en smelting van die stawe te keer. Die bondel uraanstawe bevat ook beheerstawe wat help om die proses te beheer.

Die beheerstawe kan ook gebruik word om die reaktor tot stilstand te bring in die geval van 'n ongeluk, of wanneer die uraanbrandstof vervang moet word.

In Maart 2011 is duisende Japanese burgers uit die gebied rondom die Fukushima-Daiichi kernkragstasie ontruim, nadat 'n kragtige aardbewing en gevolglike tsunami ('n reuse vloedgolf) die kragstasie ernstig beskadig het. Die water het uit die reaktor gelek, wat 'n oorverhitting en tot gedeeltelike kernsmelting gelei het.

Die kernsplytingsreaksies vind plaas in die uraanbrandstofstawe. Die vrygestelde energie verhit die water en stoom vorm. Die stoom word gebruik om groot turbines te laat draai. Die turbines dra kinetiese energie oor na generators, wat dan elektrisiteit op dieselfde manier as ander soorte kragstasies opwek.

Beide kernversmelting en kernsplyting lyk belowend as moontlike kragbronne om ruimtetuie in die ruimte aan te dryf. Kernsplyting word ook vir die aandrywing van sommige duikbote gebruik. Dit word kern mariene aandrywing genoem.

Kernduikbote (dokumentêr).

Die meeste van Suid-Afrika se kragstasies gebruik die verbranding van steenkool om water te kook. Die enigste verskil in 'n kernkragstasie is hoe die energie verkry word wat gebruik word om water te kook en stoom te produseer.

Soos tevore genoem, is kernbrandstof radioaktief. Die straling wat dit vrystel is gevaarlik en kan baie skadelik wees as dit ons liggame binnedring en ons selle beskadig. Werkers in kernkragstasies moet dus spesiale voorsorgmaatreëls tref. Die kernreaktor is binne 'n spesiale omhulsel wat as verskansing teen straling dien.

Jy mag gehoor het van die debat wat gevoer word rondom die gebruik van kernbrandstof in kragstasies. Daar is baie ondersteuners, maar ook baie kritici. Kom ons kyk na sommige van die voordele en nadele van die gebruik van kernbrandstof.

Voordele en nadele van kernkrag

INSTRUKSIES:

  1. Bespreek en beantwoord die vrae wat volg.
  2. Julle sal dan in groepe verdeel word om ekstra leeswerk en navorsing te doen, en 'n debat vir en teen die groei en ontwikkeling van kernkrag in Suid-Afrika te voer.

Wat is sommige van die voordele van kernbrandstowwe? Bespreek met jou maat en skryf jul antwoorde hieronder.






Die grootste voordeel van kernkrag is dat dit nie van fossielbrandstowwe afhang nie. Fossielbrandstofkragstasies laat reuse hoeveelhede koolstofdioksied in die atrmosfeer vry, wat tot die kweekhuiseffek en aardverwarming bydra. Kernkrag word dus ook nie geraak deur aanhoudend veranderende olie- en gaspryse nie. Die gebruik van kernbrandstof is ook baie effektief, omdat groot hoeveelhede elektrisiteit opgewek kan word met behulp van slegs 'n klein hoeveelheid brandstof. Dit is die gevolg van die verskriklike groot hoeveelhede energie wat gedurende kernsplyting vrygestel word. Ons gaan nie die beskikbare hoeveelheid kernbrandstof op gebruik nie.

Kernsplyting stel ongeveer 'n miljoen keer meer energie per massa-eenheid vry as fossielbrandstof alternatiewe.

Een van die hoofnadele is dat, sodra kernbrandstof gebruik is, dit nie sommer op die plaaslike ashoop weggegooi kan word nie. Die gebruikte kernbrandstof is hoëvlak radioaktiewe afval. Die straling kan diere en plante beskadig. Daar moet versigtig en korrek van die kernafval ontslae geraak word, sodat die straling nie 'n groot hoeveelheid skade aanrig nie. Oor 'n lang tydperk sal die kernafval verval na veilige stralingsvlakke, maar dit neem duisende jare. Intussentyd moet dit veilig gestoor word sodat dit nie enige skade aanrig of in die hande van kernwapenvervaardigers val nie. Dit dra by tot die koste van die gebruik van kernbrandstowwe. Sommige mense het ook bedenkinge oor kernkragstasies omdat 'n wegholreaksie in 'n kernreaktor katastrofiese gevolge kan hê.

In 1986 het die Oekraïniese kernreaktor in Tsjernobil ontplof en 50 ton radioaktiewe materiaal in die gebied vrygestel, wat woude verwoes het en veroorsaak het dat 30,000 mense uit die gebied ontruim moes word. Dit word aanvaar dat duisende mense gely of dood is as gevolg van direkte blootstelling aan straling.

Operasionele kernkragstasies wêreldwyd.

Navorsing en Debat:

Die debat oor of kernkrag die antwoord op die groeiende internasionale energiekrisis is of nie, is baie relevant. Hierdie is 'n geleentheid vir die leerders om navorsing te doen oor die voordele en nadele van 'n toename in die wêreld se afhanklikheid van kernenergie. Dit sal 'n goeie idee wees om die leerders aan te moedig om betroubare inligtingsbronne te vind. Hulle moet kyk na artikels en navorsing deur wetenskaplikes en diegene met egte ervaring en kennis, eerder as leke. Verdeel die klas in twee groepe; dié vir die gebruik van kernenergie, en dié teen die gebruik van kernenergie. Laat elke groep bewysstukke vind om hulle standpunt te ondersteun, en laat hulle dan in die klas die saak debatteer. Daar is geen korrekte uiteinde vir hierdie debat nie. Dit sal interessant wees om te sien of die navorsing en debat veroorsaak dat sommige van hulle hul standpunt verander. 'n Voorstel is om na die TED-praatjie oor kernenergie te kyk.

Jy moet verdere navorsing oor die voordele en nadele van kernkrag doen. Jou onderwyser sal jou in 'n groep indeel wat óf vir óf teen die gebruik van kernkrag en die verdere gebruik daarvan in Suid-Afrika argumenteer. Debatteer met jou klasmaats of kernkrag die oplossing vir ons groeiende energiekrisis is of nie. Jy moet jou standpunt staaf en jou stellings vir of teen kernkrag regverdig.

In 'n debat moet elke persoon 'n kans gegee word om sy of haar opinie te gee, en 'n kans om op ander opinies te reageer.

'n Dokumentêr oor die Fukushima wegholreaksie.

Ons gaan nou kyk na wat met die elektrisiteit gebeur wat in 'n kragstasie opgewek word, ongeag of dit steenkool, kernkrag of hidroëlektries aangedrewe is.

Nasionale elektrisiteitsnetwerk

  • nasionale elektrisiteitsnetwerk
  • transformator
  • transmissielyne
  • spantoring
  • stroomvloed

Die nasionale energienetwerk is 'n netwerk van dele wat saamwerk om elektrisiteit aan alle sektore van die ekonomie te lewer. Dit begin by die kragstasies waar die elektrisiteit opgewek word. Die kragstasies lewer dan die elektriese stroom in groot transmissielyne in. Daar is 'n reuse netwerk van transmissielyne wat oor die hele land loop. Die transmissielyne word deur spantorings in die lug gehou.

Die nasionale transmissielyne versprei elektrisiteit vanaf die kragstasies dwarsoor die land.

Die volgende diagram illustreer 'n steenkool-aangedrewe kragstasie wat aan die nasionale elektrisiteitsnetwerk gekoppel is.

Baie hoë strome word by die kragstasies opgewek. Die transmissielyne het elektriese weerstand. As die elektrisiteit vanaf die kragstasies as 'n hoë stroom oorgedra sou word, wat dink jy sou met die transmissielyne gebeur? Wenk: Onthou wat ons oor die effekte van weerstand geleer het.




Die oordrag van elektrisiteit as hoë strome deur drade wat weerstand het, sal veroorsaak dat die drade baie warm word, en dus sal baie energie as warmte na die omgewing oorgedra en so vermors word.

Om die vermorsing van energie te verhoed word die elektriese stroom eerder teen 'n hoë spanning en lae stroom deur die transmissielyne gestuur.

Hierdie spanning is egter te hoog vir gebruik in private huise en kommersiële geboue. In ons huise en geboue het ons weer lae spanning en hoë stroom nodig.

Transformators word gebruik om die spanning by verskillende punte in die netwerk te verander. Soos jy in die vorige diagram kan sien, gaan elektrisiteit eers deur 'n transformator voordat dit die nasionale transmissielyne binnegaan. Hierdie is 'n verhogingtransformator, omdat dit die spanning verhoog en die stroom verlaag. Wanneer die elektrisiteit 'n substasie bereik om plaaslik versprei te word, is daar 'n verlagingstransformator wat die spanning verlaag, en die stroom verhoog.

Al die stelsels in die nasionale elektriese netwerk is verbind en dit beteken dat 'n skielike stroomvloed of oorlading van die netwerk kragonderbrekings en ontwrigting dwarsdeur die netwerk kan veroorsaak. Wat is 'n stroomvloed?

'n Stroomvloed is 'n skielike toename in die spanning iewers in die elektriese stroombaan. 'n Stroomvloed kan 'n toename in die stroomsterkte veroorsaak. Hierdie skielike toename in stroomsterkte kan sensitiewe stroombane beskadig.

Weerligslae naby transmissielyne kan 'n stroomvloed veroorsaak. Ander oorsake van stroomvloede of netwerkoorlading sluit in foutiewe bedrading, of huishoudelike toestelle of apparaat wat baie energie benodig wanneer hulle aan en af geskakel word. Hierdie skielike aanvraag na, of oormaat van, energie veroorsaak kortstondige spanningsveranderinge wat 'n spanningsvloed kan veroorsaak. Daar is talle punte in die nasionale netwerk wat 'n spanningsvloed of netwerkoorlading kan opspoor. As een opgemerk word, kan die kragtoevoer na daardie gebied afgesny word.

  • Die nasionale netwerk is 'n netwerk bestaande uit interaktiewe komponente. As een deel van die stelsel beskadig word, sal dit die hele netwerk beïnvloed.
  • In Suid-Afrika word elektrisiteit meestal deur steenkool-aangedrewe kragstasies opgewek.
  • In 'n steenkoolkragstasie word steenkool verbrand om water te verwarm sodat stoom geproduseer word. Die stoom draai 'n turbine, wat 'n generator draai om elektrisiteit op te wek.
  • Daar is alternatiewe energiebronne buiten steenkool om turbines aan te dryf, byvoorbeeld wind, hidrokrag, sonverhitte stoom, kernkrag en gety-energie.
  • Koeberg is die enigste kernkragstasie in Suid-Afrika.
  • Kernkragstasies gebruik kernbrandstowwe, soos uraan, om warmte en straling deur kernsplyting te genereer. Dit verhit dan die water om stoom te maak wat die turbine draai.
  • Kernbrandstowwe is baie energie-effektief, aangesien 'n groot hoeveelheid energie vanuit 'n baie klein massa kernbrandstof verkry kan word. Daar is geen vrystelling van kweekhuisgasse wanneer kernbrandstowwe gebruik word nie.
  • Kernkragstasies genereer radioaktiewe afvalmateriale wat behoorlik van ontslae geraak moet word. Daar is baie meningsverskille oor die gebruik van kernbrandstowwe.
  • Die nasionale energienetwerk is 'n stelsel wat geskep is om elektrisiteit aan die hele land te lewer.
  • Elektrisiteit word teen hoë spanning en lae stroom deur die nasionale transmissielyne gedra om die invloed van die verhittingseffek van die drade te verminder, en die vermorsing van energie te so min as moontlik te maak.
  • Transformators is nodig om die spanning te verhoog soos die elektrisiteit die kragstasie verlaat en die nasionale netwerk binnegaan, en om die spanning te verlaag vir plaaslike verspreiders en verbruikers.

Konsepkaart

Voltooi die konsepkaart op die volgende bladsy om hierdie hoofstuk oor elektrisiteitsopwekking en verspreiding op te som.

Onderwyser se weergawe

Hersieningsvrae

Hoekom dink jy verwys ons na die nasionale elektrisiteitstoevoer as 'n netwerk? [2 punte]



Dit is omdat die transmissielyne 'n netwerk regoor die land vorm, wat 'n gelote stroombaan is. Dit is 'n stelsel.

Wat is die hoofbron van energie vir kragstasies in Suid-Afrika? [1 punt]


Steenkool.

Hoekom word na hernubare energiebronne verwys as alternatiewe vorms van energie? [2 punte]



Dit is omdat die hoofbron van energie steeds steenkool is. Enige ander vorm van energie is 'n alternatief tot die hoofbron, steenkool.

Kyk na die diagram van 'n kragstasie. Skryf 'n paragraaf om die proses wat in 'n steenkoolkragstasie gebruik word om elektrisiteit op te wek, te beskryf. [6 punte]







Die paragraaf moet die volgende punte bevat:

  • die steenkool word gemyn en by die steenkoolkragstasie afgelewer
  • die steenkool word verpoeier om dit fyner te maak
  • die steenkool word in 'n oond verbrand
  • die energie word gebruik om water te kook
  • die stoom draai die turbine
  • die turbine draai 'n generator wat elektrisiteit opwek

Verduidelik die energieoordrag wat in 'n steenkoolaangedrewe kragstasie plaasvind. [4 punte]





Die steenkool word gebrand en energie word vrygestel. Die energie wat deur die brandende steenkool vrygestel word, word gebruik om die water te verwarm. Die waterdeeltjies het genoeg energie om van die vloeistof- na die gasfase te verander. Die stoom styg en die kinetiese energie van die stoomdeeltjies word na die lemme van die turbine oorgedra. Die turbine se lemme verkry kinetiese energie en draai.

Wat is kernkrag? [2 punte]



Kernkrag is die gebruik van kernreaksies (kernsplyting) om bruikbare warmte en straling te produseer.

Waar is Suid-Afrika se kernkragstasie? [1 punt]


In Koeberg, net buite Kaapstad.

Wat is die verskil tussen kernsplyting en kernversmelting? [2 punte]



Kernsplyting is wanneer die atoomkern in twee kleiner kerne gesplyt word, en atoomversmelting is wanneer twee atoomkerne saamgevoeg word om 'n groter een te vorm.

Skryf 'n paragraaf om die verskille en ooreenkomste tussen 'n steenkool-aangedrewe kragstasie en 'n kernkragstasie te verduidelik. [4 punte]





Die paragraaf moet die volgende punte insluit:

  • Steenkool-aangedrewe kragstasies verbrand steenkool om die warmte te produseer om water te kook, wat dan stoom word wat die turbine draai.
  • Kernkragstasies gebruik kernbrandstof om warmte deur kernsplyting op te wek sodat dit water verwarm tot stoom, wat dan die lemme van die turbine stoot.
  • Beide stasies draai 'n turbine wat 'n generator draai.

Skryf 'n paragraaf om 'n vergelyking te tref tussen hoe die gebruik van steenkool die omgewing beïnvloed, in vergelyking met hoe die gebruik van kernbrandstowwe die omgewing beïnvloed. [4 punte]







Leerders moet bespreek hoe die myn van steenkool die omgewing beskadig. Hulle moet ook die feit dat die verbranding van fossielbrandstowwe 'n toename in die hoeveelheid kweekhuisgasse in die atmosfeer veroorsaak, wat tot aardverwarming bydra, bespreek. Leerders kan die feit dat kernbrandstowwe nie kweekhuisgasse genereer nie bespreek. Die gebruikte kernbrandstof is egter steeds radioaktief en dus moet dit veilig en vir baie lang tydperke gestoor word sodat dit nie die omgewing of enige organismes beskadig nie.

Bestudeer die volgende diagram en beantwoord die vrae wat volg.

Die gedeelte van totale hoeveelheid elektrisiteit wat in 2013 in elke land deur kernkrag opgewek is.
  1. In watter land is die persentasie elektrisiteit wat deur kernkrag opgewek word die hoogste? [1 punt]


  2. Wat is die persentasie van Suid-Afrika se energie wat deur die gebruik van kernbrandstowwe opgewek word? [1 punt]


  3. Hoekom word al die lande in die wêreld nie in hierdie diagram gewys nie? [1 punt]


  4. Teken 'n staafgrafiek om die persentasie elektrisiteit wat deur kernkrag in Suid-Afrika, Frankryk, die Verenigde State van Amerika, die Verenigde Koninkryk, Indië en China opgewek word, te vergelyk. [6 punte]













  1. Frankryk.

  2. Dit is 5%.

  3. Nie alle lande het kernkragstasies nie, so slegs dié met kernkrag word hier gewys.

  4. Leerders moet 'n staafgrafiek teken met die stawe wat nie aan mekaar raak nie [1 punt]. Hulle moet 'n hoofopskrif gee [1 punt], byskrifte vir elkeen van die asse [2 punte] en die korrekte persentasies vir elke land wat genoem is uitstip [3 punte].

Waarom kan ons die nasionale elektrisiteitsnetwerk as 'n stelsel sien? [2 punte]



Die nasionale netwerk is 'n stelsel aangesien dit uit verskillende dele bestaan wat saamwerk om elektrisiteit te versprei. 'n Verandering in een deel van die netwerk sal ander dele beïnvloed.

Ons kan die nasionale elektrisiteitsnetwerk in 4 hoofstadiums verdeel. Hierdie is:

A: Opwekking (dit is waar elektrisiteit opgewek word)

B: Transmissie (die elektrisiteit gaan die transmissielyne van die nasionale netwerk binne en word versprei)

C: Verspreiding (die elektrisiteit word van die substasies na die verskillende dorpe en gebiede versprei)

D: Verbruikers (hier is waar die elektrisiteit na bruikbare energie-uitsette oorgedra word)

Gebruik hierdie inligting en skryf die letters A, B, C en D op die diagram van die nasionale elektrisiteitsnetwerk om hierdie stadiums aan te dui. [4 punte]

Hoekom word elektrisiteit by hoë spannings en lae stroomsterktes deur transmissielyne gestuur? [3 punte]



Daar is weerstand in die transmissielyne. As die stroom baie hoog is gaan baie energie verlore in die vorm van warmte. Dit is duur om elektrisiteit op te wek en ons wil nie daarvan vermors nie. As die stroom laag is word minder energie in die lyne vermors.

Die meeste huishoudelike toestelle benodig 'n spanning van 220 - 240 V. As die elektrisiteit in die transmissielyne baie hoog is, hoe kan ons dit dan gebruik? [2 punte]



Transformators word gebruik om die spanning van hoog na laag te verander, sodat die toestelle in ons huise nie beskadig word nie.

Hoekom sal jy jou rekenaar teen stroomvloede beskerm? [2 punte]



Die sensitiewe stroombane in 'n rekenaar benodig klein strome. 'n Stroomvloed veroorsaak 'n groot stroom in die stroombaan. Dit kan die bedrading in die stroombaan beskadig, en dit laat ophou werk.

Totaal [50 punte]