Расчет и выбор турбоагрегатов

 

Глава 1. Основы классификации  нетрадиционных источников энергии. 

1.1 Основные понятия  и определения  курса нетрадиционных  источников энергии  (НИЭ). 

• Традиционные  невозобновляемые источники  энергии – объекты, реализующие получение энергии из органических источников топлива;
• Нетрадиционные источники энергии (НИЭ) – объекты, реализующие получение энергии за счет природных процессов или новые источники энергии, неиспользуемые раньше на практике. НИЭ делятся на два вида:
• Нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ)– объекты, реализующие получение энергии за счет протекающих природных процессов. НВИЭ – источники, потоки энергии которых постоянно существуют или периодически возникают в окружающей среде (ОС) и не являются следствием целенаправленной деятельности человека. Основные ВИЭ: солнечное излучение, движение и притяжение Солнца, Луны, Земли, а также тепловая энергия ядра Земли, связанная с химическими  реакциями и радиоактивным распадом в ее недрах.
• Нетрадиционные невозобновляемые источники энергии (ННИЭ)– новые, не использованные в массовом масштабе источники энергии, например водород.
• Энергия (energeia (греч.)- действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи. Различают механическую, тепловую, электромагнитную, гравитационную, ядерную энергию и т.д. Понятие энергии благодаря закону ее сохранения связывает воедино все явления природы. Одни виды энергии могут превращаться в другие. При этом общее ее количество не меняется. Энергия – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты. Никакой вид энергии не обходится так дорого как ее недостаток. Не считаясь с огромными финансовыми расходами человечество, ищет новые пути получения энергии. Энергия делится на две части:

      Дерево  энергетических ресурсов.

• Первичная энергия – та ее часть, которая запасенна в природе (например: топлива, ветра, геотермальная, приливная, атомная, энергия воды и т.п.). На рис 1.2 показана классификация первичной энергии.
• Вторичная энергия –энергия получаемая после преобразования первичной на специальных энергетических установках (например: энергия пара, горячей воды, электрическая и др.).
• Энергетическая установка – установка, в которой производится, преобразуется, распределяется или потребляется энергия.

 

      Рис. 1.1

• Энергетическое производство – получение энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей.
• Первый этап энергетического производства – получение и подача энергетических ресурсов к месту их потребления;
• Второй этап энергетического производства – преобразование первичной энергии во вторичную, ее передача, распределение, и использование.
• Топливно-энергетические ресурсы – количество и качество минеральных богатств, используемых как топливо (уголь, нефть, газ, горячие сланцы, торф, древесина, атомная энергия) и одновременно являющихся источниками энергии в двигателях при получении пара, теплой воды и электричества.
• Топливные ресурсы – часть топливно-энергетических ресурсов, используемых как топливо.
• Энергетические ресурсы – совокупность энергии Солнца и космоса, топливно – энергетических, атомо – энергетических, термальных и других источников энергии.

      В таблице 1.1 представлена потенциальная годовая добыча энергетических ресурсов Земли в пересчете на кВт×ч.

Таблица 1.1

 

• Энергетические  ресурсы – совокупность энергии Солнца и космоса, топливно-энергетических и других источников энергии.

Классификация первичной энергии.

 

 
 

 

 

 

• Энергетика – область экономики, охватывающая энергетические ресурсы, преобразование, передачу и использование различных видов энергии.

   Источник  энергии – объект, выделяющий или имеющий потенциальный запас определенного вида энергии.

   Источник  тока – устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую.

   На  рис.1.3 представлена классификации  энергетики. 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

Рис. 1.3 

1.2 Законы преобразования  энергии. Ее источники  и преобразователи. 

      Энергия – одна из скалярных характеристик  движения материи. Каждой форме материи  соответствует свой вид энергии. Основными законами материального мира являются законы сохранения материи и энергии. В энергетике закон сохранения энергии – I-ый закон термодинамики. Общее количество энергии тела:

, кДж (1.1),

 Е  – полный запас энергии тела; m – масса тела; с – скорость света; Eвн – внешняя энергия; Евнут – внутренняя энергия; Ео – энергия массы покоя; Екин – кинетическая энергия, энергия механического движения; Епот – потенциальная энергия (энергия взаимодействия тела с силовыми полями).

      Грамму  массы, по формуле (1.1) соответствует  энергия, равная кДж или кВт·ч.

      Процессы  превращения внутренней энергии  тела во внешние формы – освобождение энергии. При химических реакциях освобождается % общего запаса энергии тела, при ядерных %, при термоядерных - 0.65%.

      Закономерности  взаимного превращения разных видов  энергии изучает термодинамика, базирующаяся на двух законах:

      1-ый  закон термодинамики показывает два пути выхода освобожденной энергии тела:

 (1.2),

- изменение внутренней энергии  тела;

Q – количество тепла;

W – количество работы.

Здесь величины Q, W – две формы передачи энергии.

      2-ый  закон термодинамики определяет направление самопроизвольных процессов. Его следствием является то, что изолированная система приходит к наиболее вероятному состоянию. Упорядоченное движение переходит в неупорядоченное, концентрированная энергия рассеивается путем превращения всех ее видов в тепло.

      Превращение тепла в полезные (упорядоченные) виды энергии ограничено КПД обратимого цикла:

 (1.3)

- тепло, подводимое к рабочему  телу, кДж;

- тепло, отводимое от рабочего тела в окружающую среду, кДж.

      Потребитель использует разные виды энергии: электрическую, механическую, тепловую, световую, звуковую, химическую, ядерную и т.п. Особую роль играет электрическая энергия, которую легко передавать распределять и превращать в другие виды энергии.

      Основными источниками энергии на Земле  являются:

• Солнце (излучение, падающее на Землю);
• внешняя энергия некоторых тел на земле (потоки воздуха, воды, обладающие запасом механической энергии).
• Вещества, носители высококонцентрированной внутренней энергии, которая может освобождаться в химических и ядерных реакциях. Эти вещества носят название топлив (органического и ядерного).

   На  основании закона сохранения энергии  все ее виды взаимопревращаемы (рис1.3).

      Устройства для взаимного превращения энергий называют преобразователями энергии или генераторами энергии. Они делятся на простые, с одним преобразованием и сложные (комбинированные) в которых можно выделить два и более превращений энергии.

      Пример  простого преобразователя: топка, печь, в которых химическая энергия топлива превращается в тепло.

      Пример  сложного преобразователя: теплоэнергетическая  установка (ТЭУ), в которой имеем  целую цепочку преобразований химическая энергия топлива – тепло –  внутренняя энергия рабочего тела (пар) – механическая энергия – электрическая энергия.

      Рассмотрим  классификацию генераторов энергии:

• По виду энергии, отдаваемой потребителю различают:
• генераторы тепла (ГГ);
• генераторы электрической энергии (ЭГ);
• генераторы механической энергии, двигатели (Д).
• Генераторы тепла по виду получаемой энергии делятся на:
• химические – топки, камеры сгорания и т. п.;
• ядерные и термоядерные – реакторы и ядерные батареи;
• солнечные световые нагреватели;
• электрические – электрические нагреватели;
• механические (МТГ) – сварка трением, механические тормоза;
• тепловые – теплообменники, тепловые насосы.
• Генераторы электрической энергии (ЭГ) делятся:
• химические – гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы;
• ядерные и термоядерные;
• световые – фотоэлементы;
• электрические – трансформаторы, преобразователи (по частоте, постоянного тока в переменный и обратно);
• тепловые – термоэлектрические и термоэмиссионные преобразователи;
• механические – обычные (машинные) и необычные (безмашинные).
• Генераторы механической энергии различают:
• химические – мышцы живых организмов;
• ядерные и термоядерные – реакторы, дающие тягу без промежуточного превращения ядерной энергии в тепло;
• тепловые;
• электрические;
• световые – солнечные паруса;
• механические – ветро и гидроустановки, приливные;
• термоэлектромагнитные – плазменные, ионные, электроракетные (электрореактивные) двигатели.