الحوادث 

مصطلحات وتعريفات الطاقة الكهربائية والكهرباء. المفاهيم العامة للطاقة والطاقة

التعريف الأول: "الطاقة هي مجمع الوقود والطاقة في البلاد. يغطي استلام أنواع مختلفة من موارد الطاقة والطاقة ونقلها وتحويلها واستخدامها ".

التعريف الثاني: "الطاقة هي مجال من مجالات الاقتصاد يشمل موارد الطاقة وتوليدها وتحويلها ونقلها وحفظها (بما في ذلك الاقتصاد) واستخدام أنواع مختلفة من الطاقة. الطاقة هي أحد أشكال إدارة الطبيعة. في المستقبل ، المقدار الممكن تقنيًا للطاقة المتلقاة عمليا غير محدود. ومع ذلك ، فإن هندسة الطاقة لها قيود كبيرة على حدود الديناميكا الحرارية (الحرارية) للمحيط الحيوي. يبدو أن أبعاد هذه القيود قريبة من كمية الطاقة التي تستوعبها الكائنات الحية في المحيط الحيوي بالاقتران مع عمليات الطاقة الأخرى التي تحدث على سطح الأرض (من المحتمل أن تكون مضاعفة هذه الكميات من الطاقة كارثية أو ، على أي حال ، سيكون لها تأثير حرج. تأثير على المحيط الحيوي). محدد ...
الحد قريب 140 ¸ 150 10 12 دبليو(عمليات التمثيل الضوئي - 104 10 12 دبليو، الطاقة الحرارية الأرضية - 32 10 12 دبليو) ، ولكن يجب أن يؤخذ تأثير التبريد البشري المنشأ في الاعتبار ، والمقدر بـ 150 10 12 دبليو، والتي من الضروري طرح تأثير الاحترار لنفس النشاط ، مقتربًا من 100 150 10 12 دبليو».

مفهوم آخر: "الكهرباء هي فرع من فروع الهندسة الكهربائية يتعامل مع مشاكل الحصول على كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية ، ونقل هذه الطاقة عن بعد وتوزيعها على المستهلكين. يسير تطوير صناعة الطاقة الكهربائية على طول مسار بناء محطات طاقة كبيرة (حرارية ، هيدروليكية ، نووية) ، مترابطة بخطوط طاقة عالية الجهد لأنظمة الطاقة ، وتحسين المؤشرات الفنية والاقتصادية لمعدات الإنتاج والتحول و نقل الطاقة ".

الطاقة ، في الواقع ، نشأت في القرن العشرين ، أصبحت فرعًا داعمًا للحياة من النشاط البشري. يرتبط تطوير إنتاج الطاقة ارتباطًا وثيقًا بالاستهلاك ، ويشكل نظامًا واحدًا "منتج - مستهلك". لا يمكن أن يعمل إنتاج الطاقة في المستودع. إنها تنمو جنبًا إلى جنب مع الحاجة إليها ، ويمكن أن يؤدي نقص الطاقة إلى إعاقة التطور الإضافي للحضارة. اعتبارًا من بداية القرن الحادي والعشرين ، توفر الطاقة حوالي 80 ٪ فقط من إجمالي استهلاك الكهرباء في العالم. عجزها في مناطق معينة يعيق زيادة تنمية المجتمع ، وتقدم الجنسيات الفردية والبلدان. لا يؤثر نقص موارد الطاقة في مناطق العالم على الرفاهية المادية للمجتمع فحسب ، بل يؤثر أيضًا على المناخ السياسي ، مما يخلق متغيرات مختلفة لما يسمى بالأزمة النظامية ، مما يؤدي إلى نزاعات مسلحة حول امتلاك المحميات الطبيعية والسيطرة عليها. من مصادر الطاقة (الغاز الطبيعي ، النفط ، إلخ).

التقدم العلمي والتكنولوجي مستحيل بدون وجود الطاقة وتطورها والكهربة. لزيادة إنتاجية العمل ، تعتبر الميكنة وأتمتة عمليات الإنتاج ذات أهمية كبيرة ، أي استبدال العمالة البشرية بالآلة. ومع ذلك ، فإن الغالبية العظمى من الوسائل التقنية للميكنة والأتمتة لها أساس كهربائي. تستخدم الطاقة الكهربائية على نطاق واسع بشكل خاص لتشغيل المحركات الكهربائية بآليات مختلفة.

يرتبط مفهوم "الطاقة" ارتباطًا وثيقًا بالكلمة الرئيسية "طاقة": "الطاقة هي مقياس عام لأشكال مختلفة من حركة المادة التي يتم أخذها في الاعتبار في الفيزياء. لتوصيف أشكال مختلفة نوعيًا للحركة والتفاعلات المقابلة لها ، يتم إدخال أنواع مختلفة من الطاقة: الميكانيكية ، والداخلية ، والجاذبية ، والكهرومغناطيسية ، والنووية ، إلخ. في نظام مغلق ، يتم الوفاء بقانون الحفاظ على الطاقة. في نظرية النسبية ، تم إنشاء علاقة عالمية بين الطاقة الكلية للجسم وكتلته: أين مع- سرعة الضوء في الفراغ ".

في أغلب الأحيان ، يستخدم الشخص نوعين من الطاقة - الكهربائية والحرارية. هذه الأنواع من الطاقة ضرورية للبشرية ، والطلب عليها يتزايد كل عام. في الوقت نفسه ، فإن احتياطيات الوقود الطبيعي التقليدي (النفط والفحم والغازات والنووية) محدودة. لذلك ، من المهم اليوم العثور على مصادر طاقة مربحة ، ليس فقط من وجهة نظر الوقود الرخيص ، ولكن أيضًا من وجهة نظر بساطة التصميم والتشغيل وموثوقية المواد اللازمة لوجود محطات توليد الطاقة ومتانتها.

بالنظر إلى كل ما سبق ، يمكن تمثيل إنتاج واستهلاك الحرارة والكهرباء بشكل تخطيطي على النحو التالي (الشكل 1.1). هناك بعض مصادر توليد الطاقة المحتملة 1 (على سبيل المثال ، غلاية في محطة للطاقة الحرارية ، أو مفاعل في محطة للطاقة النووية ، أو سد في محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية). يحدث توليد الطاقة المحتمل بسبب التفاعلات الكيميائية أثناء احتراق الوقود ؛ التفاعلات النووية لانشطار ذرات اليورانيوم أو الدوران الطبيعي للمياه في الطبيعة. يتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية لدوران دوار التوربينات البخارية أو الهيدروليكية 2. في المقابل ، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية في مولد كهربائي 3. ثم يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى شكل مناسب للنقل لمسافات طويلة في المحطة الفرعية 4. تحدث كل هذه التحولات في مجمع واحد ، يسمى محطة الطاقة 5. عن طريق خطوط النقل الكهربائي 6 (تذكر أن "خط نقل الطاقة 500 ليس خطاً بسيطاً") ، يمكن نقل الطاقة عبر مسافات تقاس بمئات الكيلومترات إلى مكان الاستهلاك. يتم تثبيت المحطات الفرعية 7 هنا أيضًا لتحويل الطاقة الكهربائية إلى شكل مناسب للاستهلاك ونقلها إلى المستهلك 8. على سبيل المثال ، بالنسبة للمستهلك المنزلي ، من الضروري وجود تيار كهربائي عند الإدخال مع المعلمات 220 الخامسو 50 هرتز... يتم إنتاج الطاقة الحرارية ، كقاعدة عامة ، في محطات الطاقة الحرارية 5 ومن خلال محطات الغلايات 9 عبر شبكات التدفئة 10 بواسطة المضخات 11 يتم إرسالها إلى المستهلك 8.

لقد تبين أن هذا النوع من إنتاج الحرارة والكهرباء للإنسان هو الأكثر ملاءمة وتنوعًا عند الاستهلاك. بالطبع ، أرغب في الحصول على مصدر طاقة أكثر فردية وأكثر ملاءمة ، لكن لسوء الحظ ، لا يوجد أي مصدر. وكم هو جميل أن يكون لديّ مصدر صغير للطاقة في جيبي ، بحيث يكون دائمًا "معي" ، بحيث يمكن تشغيله وإيقافه حسب الحاجة للتدفئة ، والإضاءة ، والطهي ، أو للمشاهدة و الاستماع إلى التلفزيون وجهاز الاستقبال وما إلى ذلك. في الوقت نفسه ، يمكن للمرء أن ينسى وجود محطات طاقة ضخمة غير فعالة ، وحول استخراج الوقود لها ، وبناء السدود التي تغلق الأنهار والأراضي الخصبة. ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، هذه مجرد أحلام.

أرز. 1.1 مخطط إنتاج واستهلاك الحرارة والكهرباء

1 - مولد طاقة محتمل ؛ 2 - التوربينات 3 - مولد كهربائي. 4 - محولات الكهرباء. 5 - محطة توليد الكهرباء 6 - خطوط النقل لمسافات طويلة ؛ 7 - محطات فرعية للشبكة ؛ 8 - المستهلك 9 - غرفة المرجل - غرفة المرجل لشبكات التدفئة ؛ 10 - شبكات التدفئة 11- مضخة الشبكة.

تؤثر مشكلة إمداد الطاقة بشكل مباشر أو غير مباشر على مصالح جميع سكان الكوكب ، حتى أولئك الذين ليس لديهم فكرة عنها. أصبح الإنسان تاجًا لخليقة الطبيعة فقط منذ اللحظة التي بدأ فيها مباشرة السيطرة على الطاقة ؛ أولاً ، آلية ميكانيكية على شكل ذراع عصا. ومع ذلك ، لن تذهب بعيدًا في عضلاتك ، على الرغم من أن أرخميدس كان يعتقد أنه يمكنك قلب العالم كله رأسًا على عقب ، إذا كانت هناك رافعة فقط. تبين أن الطاقة الحرارية ، التي حصل عليها الشخص كهدية من بروميثيوس (وفقًا للأسطورة) ، أكثر خصوبة في قدراتها. لكنها لم تكن قادرة على تلبية الاحتياجات المتزايدة باستمرار لأي شخص. فقط الكهرباء أثبتت قدرتها على النقل لمسافات طويلة وبكميات كبيرة والتحويل بسهولة وسرعة إلى أي نوع آخر من الطاقة.

منذ بداية صناعة الطاقة الكهربائية (أواخر القرن التاسع عشر - أوائل القرن العشرين) ، أدرك قادة الدول والمجتمعات العقلاء أنه من أجل ضمان النمو الاقتصادي ، يجب أن يكون لصناعة الطاقة الكهربائية تطورًا متقدمًا. وقد سمح ذلك للدول التي شرعت في طريق الكهربة بإحداث طفرة في المجالات الاقتصادية والعلمية والتقنية والاجتماعية والثقافية. ومع ذلك ، مع مرور الوقت ، أصبح نمو الإنتاج الصناعي والطاقة يتعارض مع المشاكل البيئية. ساهم تطوير الوعي الذاتي الاجتماعي والثقافي في ظهور حالة بدأت تظهر فيها بعض المقاومة للتطور الصناعي والطاقة في المجتمع. وبالتالي ، كانت هناك حلقة تغذية مرتدة تؤثر على الاقتصاد. استمر النمو في مستوى الاستهلاك ، الذي أصبح ممكنًا بفضل تطوير الطاقة ، في الغرب بالتوازي تقريبًا مع تطور فهم قيمة الحياة البشرية. تشكلت فكرة في المجتمع: الحياة الغنية في بيئة طبيعية ملوثة أمر سخيف. أصبح النضال من أجل نظافة البيئة عاملاً حقيقياً في حياة العديد من البلدان. ظهرت نتيجة عملية لذلك في مجالات الاقتصاد والسياسة والعلاقات الدولية. على سبيل المثال ، نقل الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة والقذرة إلى بلدان أخرى متخلفة اقتصاديًا من خلال تصدير رأس المال.

في صناعة الطاقة ، تتم مناقشة السؤال - هل المنافسة في السوق ممكنة في صناعة الطاقة. المنافسة في السوق ممكنة فقط بين الأنظمة المستقلة التي تعمل في نفس الاتجاه. بحكم التعريف ، النظام هو وحدة موضوعية للأشياء والظواهر ذات الصلة بشكل طبيعي ، وكذلك المعرفة حول الطبيعة والمجتمع. في العلم والتكنولوجيا ، هذه مجموعة من العناصر (الوحدات ، التجميعات ، الأجهزة ، إلخ) ، المفاهيم التي تشكل تكاملًا معينًا وتخضع لمبدأ إرشادي معين. ما الذي يمكن اعتباره نظامًا في قطاع الطاقة؟ لا يمكن إنتاج الكهرباء في المستودع أو تجميعها. إذا تم تشغيل محرك كهربائي في مكان ما (جهاز ، مصباح كهربائي ...) ، فيجب زيادة إنتاج الكهرباء في محطة توليد الكهرباء بنفس المقدار بالضبط. لذلك ، في قطاع الطاقة ، يرتبط المنتج بشكل طبيعي بالمستهلك ، وبالتالي ، يجب أن يأخذ النظام هنا في الاعتبار الوحدة "منتج - مستهلك للكهرباء". كيف يمكن تنظيم المنافسة في مثل هذا الارتباط المنهجي؟ سيكون إما تواطؤ أو خداع. يمكن تنظيم المنافسة فقط بين الأنظمة الفردية التي تدعم حياة نظام ثالث. على سبيل المثال ، يمكن لمحطات هندسة الطاقة أن تتنافس مع بعضها البعض في إنشاء الغلايات والتوربينات وغيرها من المعدات ؛ مصانع الأدوات الآلية ، إلخ. في نظام واحد ، تعد هندسة الطاقة المكون الرئيسي لأي إنتاج. يصبح المستهلك الفردي (الشخص) أيضًا معتمداً على منتج الطاقة. لذلك ، فإن إعطاء الطاقة للأيدي الخاصة يعني فقدان السيطرة على البلاد. يجب أن يكون قطاع الطاقة تحت سيطرة الدولة ، كما هو الحال في العديد من البلدان. في روسيا ، ضعفت إلى حد ما سيطرة الدولة على قطاع الطاقة. لقد استنفدت معظم محطات الطاقة بالفعل مدة خدمتها منذ وقت طويل. في هذا الصدد ، يحتاج قطاع الطاقة لدينا إلى أفكار جديدة (خطط GOELRO الجديدة) ، وتطورات جديدة ستساهم في زيادة صعوده ، مما يمنح الناس الأمل في إتقان نجاحات إبداعية وصناعية عالية جديدة.

الطاقة هي ما يجعل الحياة موجودة ليس فقط على كوكبنا ، ولكن أيضًا في الكون. ومع ذلك ، يمكن أن يكون مختلفًا جدًا. لذا ، فإن الحرارة ، والصوت ، والضوء ، والكهرباء ، وأجهزة الميكروويف ، والسعرات الحرارية هي أنواع مختلفة من الطاقة. لجميع العمليات التي تحدث من حولنا ، هذه المادة ضرورية. كل ما هو موجود على الأرض يستقبل معظم طاقته من الشمس ، ولكن هناك أيضًا مصادر أخرى للطاقة. تنقلها الشمس إلى كوكبنا ما يصل إلى 100 مليون من أقوى محطات الطاقة التي كان من الممكن أن تنتجها في نفس الوقت.

ما هي الطاقة؟

تدرس النظرية التي طرحها ألبرت أينشتاين العلاقة بين المادة والطاقة. استطاع هذا العالم العظيم إثبات قدرة مادة ما على التحول إلى مادة أخرى. في الوقت نفسه ، اتضح أن الطاقة هي أهم عامل في وجود الأجسام ، وأن المادة ثانوية.

الطاقة ، إلى حد كبير ، هي القدرة على القيام بنوع من العمل. هي التي تقف وراء مفهوم القوة القادرة على تحريك الجسم أو إعطائه خصائص جديدة. ماذا يعني مصطلح "الطاقة"؟ الفيزياء هي علم أساسي كرس العديد من العلماء من مختلف العصور والبلدان حياتهم. حتى أرسطو استخدم كلمة "طاقة" للإشارة إلى النشاط البشري. تُرجمت كلمة "طاقة" من اليونانية إلى "نشاط" ، و "قوة" ، و "فعل" ، و "قوة". ظهرت هذه الكلمة لأول مرة في أطروحة لعالم يوناني يسمى الفيزياء.

بالمعنى المقبول عمومًا الآن ، تم إدخال هذا المصطلح في الحياة اليومية بواسطة فيزيائي إنجليزي ، ووقع هذا الحدث المهم في عام 1807. في الخمسينيات من القرن التاسع عشر. استخدم الميكانيكي الإنجليزي ويليام طومسون لأول مرة مفهوم "الطاقة الحركية" ، وفي عام 1853 قدم الفيزيائي الاسكتلندي ويليام رانكين مصطلح "الطاقة الكامنة".

اليوم هذا العدد موجود في جميع فروع الفيزياء. إنه مقياس واحد لأشكال مختلفة من الحركة وتفاعل المادة. بمعنى آخر ، إنه مقياس لتحول بعض الأشكال إلى أشكال أخرى.

وحدات القياس والرموز

يتم قياس كمية الطاقة هذه الوحدة الخاصة ، اعتمادًا على نوع الطاقة ، يمكن أن يكون لها تسميات مختلفة ، على سبيل المثال:

  • W هي الطاقة الكلية للنظام.
  • س - حراري.
  • U ممكن.

أنواع الطاقة

هناك أنواع مختلفة من الطاقة في الطبيعة. أهمها:

  • ميكانيكي؛
  • الكهرومغناطيسي؛
  • كهربائي؛
  • المواد الكيميائية؛
  • الحرارية.
  • نووي (ذري).

هناك أنواع أخرى من الطاقة: ضوء ، صوت ، مغناطيسي. في السنوات الأخيرة ، يميل عدد متزايد من الفيزيائيين إلى فرضية وجود ما يسمى بالطاقة "المظلمة". كل نوع من الأنواع المذكورة سابقًا من هذه المادة له خصائصه الخاصة. على سبيل المثال ، يمكن أن تنتقل طاقة الصوت باستخدام الموجات. إنها تساهم في اهتزاز طبلة الأذن في آذان الأشخاص والحيوانات ، مما يؤدي إلى سماع الأصوات. في سياق التفاعلات الكيميائية المختلفة ، يتم إطلاق الطاقة ، وهو أمر ضروري لحياة جميع الكائنات الحية. أي وقود ، طعام ، بطاريات ، بطاريات هي تخزين هذه الطاقة.

يعطي النجم الخاص بنا طاقة الأرض على شكل موجات كهرومغناطيسية. بهذه الطريقة فقط يمكنها التغلب على اتساع الكون. بفضل التقنيات الحديثة مثل الألواح الشمسية ، يمكننا استخدامها بأكبر قدر من التأثير. تتراكم الطاقة الفائضة غير المستخدمة في مرافق تخزين الطاقة الخاصة. إلى جانب أنواع الطاقة المذكورة أعلاه ، غالبًا ما تستخدم الينابيع الحرارية والأنهار والمحيطات والوقود الحيوي.

الطاقة الميكانيكية

يتم دراسة هذا النوع من الطاقة في قسم الفيزياء يسمى "الميكانيكا". يُشار إليه بالحرف E. ويقاس بالجول (J). ما هذه الطاقة؟ فيزياء الميكانيكا تدرس حركة الأجسام وتفاعلها مع بعضها البعض أو مع المجالات الخارجية. في هذه الحالة ، تسمى الطاقة الناتجة عن حركة الأجسام الحركية (يُرمز إليها بـ Ek) ، وتسمى الطاقة الناتجة عن الحقول الخارجية المحتملة (En). يمثل مجموع الحركة والتفاعل إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام.

هناك قاعدة عامة لحساب كلا النوعين. لتحديد مقدار الطاقة ، يجب حساب الشغل المطلوب لنقل الجسم من حالة الصفر إلى هذه الحالة. علاوة على ذلك ، كلما زاد العمل ، زادت الطاقة التي يتمتع بها الجسم في هذه الحالة.

فصل الأنواع حسب الخصائص المختلفة

هناك عدة أنواع من فصل الطاقة. وفقًا لمعايير مختلفة ، يتم تقسيمها إلى: خارجي (حركي ومحتمل) وداخلي (ميكانيكي ، حراري ، كهرومغناطيسي ، نووي ، جاذبية). تنقسم الطاقة الكهرومغناطيسية بدورها إلى طاقة مغناطيسية وكهربائية وطاقة نووية - إلى طاقة تفاعلات ضعيفة وقوية.

حركية

يتميز أي جسم متحرك بوجود الطاقة الحركية. كثيرا ما يطلق عليه ذلك - القيادة. تُفقد طاقة الجسم المتحرك عندما تتباطأ. وبالتالي ، كلما زادت السرعة ، زادت الطاقة الحركية.

عندما يتلامس جسم متحرك مع جسم ثابت ، يتم نقل هذا الأخير إلى جزء من الحركية ، مما يجعله يتحرك أيضًا. تكون صيغة الطاقة الحركية كما يلي:

  • E k = mv 2: 2 ،
    حيث م هي كتلة الجسم ، و هي سرعة حركة الجسم.

بالكلمات ، يمكن التعبير عن هذه الصيغة على النحو التالي: الطاقة الحركية لجسم ما تساوي نصف ناتج كتلته بمربع سرعته.

القدره

هذا النوع من الطاقة تمتلكه أجسام في نوع من مجال القوة. لذلك ، يحدث المغناطيس عندما يكون الجسم تحت تأثير مجال مغناطيسي. تمتلك جميع الأجسام على الأرض طاقة جاذبية محتملة.

اعتمادًا على خصائص كائنات الدراسة ، يمكن أن يكون لديهم أنواع مختلفة من الطاقة الكامنة. لذلك ، فإن الأجسام المرنة والمرنة القادرة على التمدد تمتلك طاقة محتملة من المرونة أو التوتر. أي جسم ساقط ، كان ساقطًا في السابق ، يفقد إمكاناته ويزداد حركته. علاوة على ذلك ، فإن حجم هذين النوعين سيكون مكافئًا. في مجال الجاذبية لكوكبنا ، سيكون لمعادلة الطاقة الكامنة الشكل التالي:

  • ه ن = mhg ،
    أين م هو وزن الجسم ؛ ح هو ارتفاع مركز كتلة الجسم فوق مستوى الصفر ؛ g هي تسارع الجاذبية.

بالكلمات ، يمكن التعبير عن هذه الصيغة على النحو التالي: الطاقة الكامنة لجسم يتفاعل مع الأرض تساوي ناتج كتلته ، وتسارع الجاذبية والارتفاع الذي يقع عليه.

هذه الكمية العددية هي سمة من سمات احتياطي الطاقة لنقطة مادية (جسم) تقع في مجال قوة محتملة وتستخدم لاكتساب الطاقة الحركية بسبب عمل قوى المجال. تسمى أحيانًا وظيفة الإحداثيات ، وهي مصطلح في لاغرانج في النظام (وظيفة لاغرانج للنظام الديناميكي). يصف هذا النظام تفاعلهم.

تعادل الطاقة الكامنة صفرًا لتكوين معين للأجسام الموجودة في الفضاء. يتم تحديد اختيار التكوين من خلال ملاءمة المزيد من الحسابات ويسمى "تطبيع الطاقة الكامنة".

قانون الحفاظ على الطاقة

يعتبر قانون الحفاظ على الطاقة أحد أكثر الافتراضات الأساسية للفيزياء. وفقًا لذلك ، لا تنشأ الطاقة من أي مكان ولا تختفي في أي مكان. يتغير باستمرار من شكل إلى آخر. بعبارة أخرى ، لا يحدث سوى تغيير في الطاقة. لذلك ، على سبيل المثال ، يتم تحويل الطاقة الكيميائية لبطارية المصباح إلى طاقة كهربائية ، ومنها إلى ضوء وحرارة. تقوم الأجهزة المنزلية المختلفة بتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء أو حرارة أو صوت. في أغلب الأحيان ، تكون النتيجة النهائية للتغيير هي الحرارة والضوء. بعد ذلك ، تذهب الطاقة إلى الفضاء المحيط.

قانون الطاقة قادر على تفسير جادل العديد من العلماء بأن الحجم الكلي لها في الكون لا يزال دون تغيير. لا أحد يستطيع إعادة خلق أو تدمير الطاقة. أثناء إنتاج أحد أنواعه ، يستخدم الناس طاقة الوقود والمياه المتساقطة والذرة. في هذه الحالة يتحول أحد أنواعه إلى نوع آخر.

في عام 1918 ، تمكن العلماء من إثبات أن قانون حفظ الطاقة هو نتيجة رياضية للتناظر الانتقالي للوقت - مقدار الطاقة المترافقة. بمعنى آخر ، يتم الحفاظ على الطاقة بسبب حقيقة أن قوانين الفيزياء لا تختلف في أوقات مختلفة.

ميزات الطاقة

الطاقة هي قدرة الجسم على القيام بالعمل. في الأنظمة الفيزيائية المغلقة ، تستمر طوال الوقت (طالما كان النظام مغلقًا) وهي واحدة من ثلاث تكاملات مضافة للحركة تحافظ على الحجم أثناء الحركة. وهي تشمل: الطاقة ، اللحظة - يعتبر إدخال مفهوم "الطاقة" ملائمًا عندما يكون النظام المادي متجانسًا في الوقت المناسب.

الطاقة الداخلية للهيئات

إنه مجموع طاقات التفاعلات الجزيئية والحركات الحرارية للجزيئات التي تتكون منها. لا يمكن قياسها مباشرة ، لأنها وظيفة لا لبس فيها لحالة النظام. عندما يكون النظام في حالة معينة ، يكون لطاقته الداخلية معنى متأصل ، بغض النظر عن تاريخ وجود النظام. دائمًا ما يكون التغيير في الطاقة الداخلية أثناء الانتقال من حالة فيزيائية إلى أخرى مساويًا للفرق بين قيمها في الحالتين النهائية والأولية.

طاقة الغاز الداخلية

بالإضافة إلى المواد الصلبة ، تحتوي الغازات أيضًا على طاقة. يمثل الطاقة الحركية للحركة الحرارية (الفوضوية) لجزيئات النظام ، والتي تشمل الذرات والجزيئات والإلكترونات والنوى. الطاقة الداخلية للغاز المثالي (نموذج رياضي للغاز) هي مجموع الطاقات الحركية لجزيئاته. يأخذ هذا في الاعتبار عدد درجات الحرية ، وهو عدد المتغيرات المستقلة التي تحدد موضع الجزيء في الفضاء.

كل عام تستهلك البشرية المزيد والمزيد من موارد الطاقة. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام الهيدروكربونات الأحفورية مثل الفحم والنفط والغاز للحصول على الطاقة اللازمة لإضاءة وتدفئة منازلنا وتشغيل المركبات والآليات المختلفة. إنها موارد غير متجددة.

لسوء الحظ ، يأتي جزء صغير فقط من طاقة كوكبنا من الموارد المتجددة مثل المياه والرياح والشمس. اليوم حصتهم في قطاع الطاقة 5٪ فقط. 3 ٪ أخرى من الناس يحصلون على شكل طاقة نووية منتجة في محطات الطاقة النووية.

لديهم الاحتياطيات التالية (بالجول):

  • الطاقة النووية - 2 × 10 24 ؛
  • طاقة الغاز والنفط - 2 × 10 23 ؛
  • الحرارة الداخلية للكوكب - 5 × 10 20.

القيمة السنوية لموارد الأرض المتجددة:

  • طاقة الشمس - 2 × 10 24 ؛
  • ريح - 6 × 10 21 ؛
  • الأنهار - 6.5 × 10 19 ؛
  • المد البحري - 2.5 × 10 23.

فقط مع الانتقال في الوقت المناسب من استخدام احتياطيات الطاقة غير المتجددة للأرض إلى الاحتياطيات المتجددة ، يكون لدى البشرية فرصة لوجود طويل وسعيد على كوكبنا. يواصل العلماء في جميع أنحاء العالم دراسة الخصائص المختلفة للطاقة بعناية لتجسيد التطورات المتطورة.

عند تصميم فرن القوس الفولاذي ، يتم اختيار قوة محول الفرن على أساس توازن الطاقة للفرن أثناء فترة الذوبان ، ونتيجة لهذا التوازن ، بالإضافة إلى الطاقة المطلوبة من يتم تحديد محول الفرن ومدة الذوبان واستهلاك الطاقة المحدد خلال فترة الانصهار ، أي أهم معلمات الفرن التي تحدد إنتاجيته وكفاءته الفنية والاقتصادية.

تحديد الطاقة المفيدة لتسخين وصهر المعادن والخبث.

بحلول نهاية فترة الانصهار ، بسبب النفايات والخسائر المادية مع الخبث الذي تم إزالته من الفرن ، يتم فقد جزء معين من المعدن المحمّل في الفرن. وفقًا للبيانات المحدثة ، تصل خسائر Kp هذه إلى 3 ٪ من كتلة الخردة.

1. للحصول على كمية معينة من المعدن السائل في الفرن ، من الضروري تحميل كمية متزايدة من الخردة ، بناءً على النسبة:

حيث Gzagr هي كتلة الخردة المحملة في الفرن ؛

Gzh هي كتلة المعدن السائل في نهاية فترة الانصهار ؛

Kp هو فقدان المعدن بالنسبة لوزن الخردة المحملة في الفرن ،٪ ؛

2. الطاقة اللازمة لتسخين وصهر الخردة:

W1 = Gchar · C1 · (tm - t0) + 0.278 · lzh = 87.63 · 179 · (1600-50) + 750 · 0.278 = 24313152 Wh

حيث C1 هو متوسط ​​الحرارة النوعية للمادة في النطاق من البداية

درجة الحرارة إلى نقطة الانصهار ، Wh / (كجم 0 درجة مئوية)

تذوب - نقطة الانصهار ، درجة مئوية ؛

tper - درجة حرارة محددة مسبقًا للسخونة الزائدة ، 0 درجة مئوية ؛

lzh - الحرارة الكامنة لصهر المعدن السائل ، kJ / kg ؛

3. الطاقة اللازمة لتسخين المعدن المنصهر (Wh):

W2 = Gzh C2 tper = 87.63 181 50 = 793051.5 Wh

حيث C2 هو متوسط ​​الحرارة النوعية للمادة السائلة في النطاق من نقطة الانصهار إلى درجة الحرارة الزائدة المحددة ، Wh / (kg * 0C).

4. الطاقة اللازمة لتسخين وصهر المواد المكونة للخبث ، وكذلك للتسخين الزائد للخبث المصهور ، هي (Wh):

W3 = Gw

حيث Gsh هي كتلة الخبث (كجم) تؤخذ بالنسبة إلى كتلة الخردة المحملة في الفرن وتعتمد على ظروف التكنولوجيا التي يتم تنفيذها.

Gsh = 87.63 · 0.06 = 5.26 طن.

5. الطاقة الكلية لفترة الانصهار:

Wpol = W1 + W2 + W3 = 24313152 + 793051.5 + 278301.66 = 25384505.2 Wh

تحديد فقدان الحرارة من خلال البطانة:

أثناء عمل اللوح ، تبلى البناء الحراري للجدران والقبو ويصبح أرق مع كل ذوبان. بافتراض أنه بحلول نهاية الحملة ، قد يتآكل البناء بنسبة 50٪ من سمكه الأصلي ، مع مراعاة 0.75 من سمك البناء المقاوم للصهر. لا تنطبق هذه التوصية على بطانة الموقد.

1. دعونا نحدد التدفق الحراري المحدد للقسم السفلي من الجدار بسمك يساوي:

0.75 0.46 = 0.345 م.

2. معامل التوصيل الحراري لطوب الكروميت المغنسيت:

تؤخذ درجة حرارة السطح الداخلي للبناء المقاوم للحرارة مساوية لـ єС ، درجة حرارة الهواء المحيط єС. يتم ضبط درجة حرارة السطح الخارجي للبناء في التقريب الأول (لتحديد tav) єС.

3. في ظل هذه الظروف ، نحدد معامل التوصيل الحراري:

حيث = 31.35 W / (m2K) هو معامل انتقال الحرارة من سطح الغلاف.

  • 4. سمك الجزء العلوي من الجدار:
  • 5. نضبط درجة حرارة الغلاف єС ونحدد معامل التوصيل الحراري:
  • 6. السطح الخارجي المحسوب لكل قسم من الجدران يساوي:

7. إجمالي فقد الحرارة من خلال جدران الفرن:

لتحديد الخسائر المحددة ، نأخذ درجة حرارة السطح الداخلي لبطانة الموقد t1 = 1600 درجة مئوية ونحدد ، في التقريب الأول ، درجة حرارة البطانة الخارجية ، وكذلك درجة الحرارة عند حدود المقاومة الحرارية والحرارة- طبقات عازلة من البطانة

  • 8. فقدان الحرارة من خلال بطانة التجويف:
  • 9. إجمالي فقد الحرارة:
  • 10. فقدان الحرارة من خلال بطانة السقف:

t1 = tm = 1600 "C ؛ t2 = 20" درجة مئوية

11. إجمالي الفاقد الحراري من خلال البطانة:

Qf = Qst + Qsv + Qfall = 189082 + 227957.23 + 961652.7 = 1378691.93W = 1378.69kW

12. يتم تحديد فقدان الحرارة بواسطة الإشعاع Qrad (kW) من خلال نافذة عمل الفرن بواسطة المعادلة:

قراد = قراد

حيث qrad هو فقدان الحرارة النوعي عن طريق الإشعاع من سطح بدرجة حرارة تجارية ، إلى بيئة بدرجة حرارة 200

قراد = 572 واط / م 2

ج - معامل حيود فتحة النافذة

Fizl - سطح باب نافذة العمل الممتص للحرارة ، متر مربع.

فراد = ب ع = 1.374 1.031 = 1.417 م 2

القراد = 572 1.417 1 = 810.524 واط = 0.811 كيلو واط.

13. يمكن تحديد فقد الحرارة في وقت تعطل الانصهار البيني Qpr على النحو التالي:

Qpr = (Qf + Qrad + 0.5 Qg) Kn.p. = (1378.69 + 0.811 + 0.5 3298) 1.1 = 3331.35 كيلو واط

حيث Qf هي الخسارة خلال البطانة أثناء فترة الانصهار ، kW ؛

التشعيع - الخسائر بالإشعاع من خلال نافذة العمل أثناء فترة الانصهار ، كيلوواط ؛

Qg - خسائر الفرن بالغازات أثناء فترة الانصهار ، kW = 3298 kW

كتاب ص. - معامل الخسائر غير المحسوبة ، وعادة ما يتم أخذها في حدود 1.1 - 1.2

دكتوراه. أ. Martynov ، أستاذ مشارك في قسم PTS MPEI (TU).

أي تركيب مخصص لإنتاج أي منتج بالمعنى الواسع للكلمة (من المستهلك إلى الطاقة). هذا المنتج هو التأثير الناتج (PE) الذي تم تصميم هذه الوحدة من أجله. المنتج هو هدف يتطلب طاقة لتحقيقه. يتم تحديد فعالية تحقيق هذا الهدف من خلال معامل هذا الهدف (ك ج ج). لذلك بالنسبة لـ IES - مثل هذا المنتج هو الكهرباء ، لـ CHP ، بالإضافة إلى الكهرباء - هو الحرارة.

لأية تجهيزات تدفئة: غلايات ، أفران ، سخانات كهربائية ، التأثير المفيد (PE) هو الحرارة. بالنسبة لوحدات التبريد PE ، يكون الجو باردًا ، بالنسبة لوحدات الأكسجين - الأكسجين ، لوحدات النيتروجين - النيتروجين ، إلخ.

لتحديد كفاءة الطاقة لأي تثبيت ، باستثناء PE الذي تم الحصول عليه ، من الضروري مراعاة استهلاك الطاقة (EE) ، الذي يتم توفيره للتركيب ، لضمان تشغيله.

لتحديد كفاءة أي تثبيت ، غالبًا ما تستخدم المعاملات المستهدفة (K c) ، مع مراعاة PE و GE:

للتركيبات المختلفة ، هذا المعامل K c له أسماء مختلفة (الجدول 1):

1. بالنسبة لمحطات التبريد التي تنتج البرودة: هذا هو معامل الأداء:

أ) بالنسبة لوحدات ضاغط البخار: ،

ب) لمنشآت الامتصاص ؛

2. بالنسبة للمضخات الحرارية: نسبة التحويل أو التحويل :؛

3. بالنسبة لمحطات توليد الكهرباء - معامل الكفاءة :؛

4. لأي محطات توليد حرارة - المعامل الحراري: (لحرق الوقود ).

ومع ذلك ، مع المعاملات المستهدفة ، تبدأ المشاكل بسبب حقيقة أن لها قيمًا مختلفة ويمكن أن تتنوع في:

0 ≤ ك ج ≤ ∞

أي أن المعامل المستهدف يمكن أن يكون أكبر من 1.

دعونا نرى ما سيحدث للمعامل المستهدف لمحطة توليد الطاقة (K p) التي تعمل وفقًا لدورة Carnot (الشكل 1):

أرز. 1 دورة كارنو المثالية.

وهذا يبين أن.

وبالتالي ، يوضح عامل الكفاءة مقدار العمل (L) الذي يمكن الحصول عليه من كمية معينة من الحرارة (Q) مع درجة حرارة T عند نقلها إلى المستوى البيئي T oss. عامل الكفاءة له تسمية مختلفة: ω ؛ τ.

سوف نقبل أي قيمة لـ T. على سبيل المثال ، T = 220 ºС. ثم:

النسب المستهدفة الأخرى

على سبيل المثال ، يمكن أن يصل معامل الأداء () إلى قيم تزيد عن 100٪ (يمكن أن تكون: 150 ؛ 200 ؛ 250 ؛ إلخ٪).

بالنسبة للمضخات الحرارية ، يمكن أن تصل نسبة التحول الحراري (μ) إلى 300 ؛ 400 ؛ 500٪ فأكثر.

ومن ثم ، فمن الواضح أن جميع المعاملات المستهدفة المذكورة أعلاه ، على الرغم من أنها تعكس إلى حد ما كفاءة الطاقة ، ليست كفاءة ، لأن يمكن أن تأخذ قيمًا تزيد عن 100٪.

وبالتالي ، فإن جميع المعاملات المستهدفة لا تعكس الكفاءة الحقيقية لمحطات وأنظمة الطاقة وليست معاملات أداء (COP). هذا لأنها تحتوي على أنواع مختلفة من الطاقة ، مثل العمل (L) ، والكهرباء (N) ، والحرارة (Q) ، وما إلى ذلك.

لكن من الواضح أن جميع أنواع الطاقة لها طبيعة مختلفة وتنتمي إلى مجموعات مختلفة ، مثل:

نوع الطاقة المطلوب (L و N)

ثانيًا. شكل مضطرب من الطاقة (Q و J).

لذلك ، من المستحيل القيام بأعمال مختلفة (حسابية ، جبرية ، إلخ) بطاقة مجموعات مختلفة. (على سبيل المثال: من المستحيل ، كما يحدث غالبًا ، تقسيم الحرارة إلى عمل أو العكس: أو).

ومن ثم ، فإن جميع المعاملات المستهدفة المذكورة أعلاه تعطي ، كما هو موضح بالفعل ، قيمة أكبر من 100٪.

فقط الكفاءة (الكفاءة) تعكس بشكل موضوعي وصحيح كفاءة تركيب أو جهاز أو نظام معين. تكون قيم الكفاءة دائمًا ضمن النطاق (0 ≤ η ≤ 1) ، أي لا تتجاوز 100٪.

لتركيب مثالي - η = 1 (أي كفاءتها 100٪). للتركيبات الحقيقية η< 1 (т.е. меньше 100 %). И, естественно, чем ближе η реальных установок к 1, тем больше их эффективность. Малоэффективные установки имеют низкие значения КПД.

تعطي الكفاءة تقييمًا صحيحًا لكفاءة الطاقة ، منذ ذلك الحين يقوم على استخدام جميع أنواع الطاقة ، واختزالها إلى نوع واحد ، مع مراعاة كفاءة الطاقة (exergy):

حيث: E - كمية أي طاقة ؛

τ - يُظهر عامل الكفاءة مقدار العمل (L) الذي يمكن أن تنتجه كمية معينة من الطاقة (E):

بالنسبة لطاقات المجموعة الأولى (الطاقة المطلوبة) ، يكون عامل الكفاءة τ = 1.

وبالمثل ، بالنسبة للكهرباء (N): τ N = 1.

بالنسبة لطاقات المجموعة الثانية (الطاقة غير المنتظمة) ، τ ≠ 1. لذلك بالنسبة للحرارة (Q) ، تعتمد الكفاءة على مستوى درجة الحرارة (T) لكمية معينة من الحرارة: (الصورة 2).

أرز. 2. حدود قياس τ q من T.

I. المرجل

معامل الحرارة

ثانيًا. بريد الالكتروني محطات (دورة كارنو)

نسبة العمل

(قابلية التشغيل)

ثالثا. وحدة التبريد

معامل التبريد

رابعا. مضخة الحرارة

نسبة التحول

V. مبادل حراري

معامل المبادل الحراري

Exergy (القدرة على العمل) من الحرارة:

.

عندما T = T os ؛ τ q = 0. يشير هذا إلى أن أي كمية من الحرارة (Q) في T OS ليس لها قدرة تشغيل (E) ، أي لا يستطيع العمل ، (E q = 0).

بالنسبة لأي محطات حرارة وتوليد (جهاز) ، حيث يتم إنتاج الحرارة أو استهلاكها (Q) عند T> Tc ، يكون معامل التشغيل الحراري (τ q) في النطاق من 0 إلى 1 ، أي للتركيبات الحقيقية 0< τ q < 1. Поэтому, работоспособность (эксергия) любого количества тепла (Е = Q∙ τ q) всегда меньше данного количества тепла: E < Q.

Exergy (الكفاءة) لأنواع مختلفة من الطاقة:

1) طاقة العمل: E L = L ∙ τ L = L 1 = L

(استنزاف العمل = مقدار العمل)

2) طاقة الكهرباء: E N = N ∙ τ N = N 1 = N

(exergy of power = قوة)

3) زيادة الحرارة:

(تعتمد طاقة الحرارة على درجة حرارتها وتتناسب طرديًا مع عامل الكفاءة τ q (الشكل 2).

لذلك ، يجب أن تتضمن الكفاءة التي تعكس الإجراء (D) ​​، وهو تناظرية للعمل (L) ، في كل من البسط والمقام القيم المرتبطة بكفاءة الطاقة ، أي طارد:

وبالتالي ، فإن كفاءة الطاقة الخارجة فقط هي التي تعكس بشكل موضوعي كفاءة الطاقة لأي جهاز أو تركيب أو نظام. تكون قيمه دائمًا في النطاق 0 η ≤ 1.

ومن هنا جاءت كفاءة دورة كارنو ، أي ستكون الدورة المثالية مساوية لـ 1 (η = 1):

.

من الواضح أن η للتركيبات الأخرى ستكون في النطاق 0 ≤ η ≤ 1 ، وهو معيار للتقييم الصحيح لكفاءة الطاقة لأي تركيب ونظام:

لمحطة التدفئة (المرجل) (الجدول 1)؛

أين ; ;

T هي درجة حرارة الحرارة التي تم الحصول عليها ؛

Т Т - درجة حرارة احتراق الوقود.

بالنسبة لوحدة التبريد:

؛ أين

لمضخة الحرارة:

؛ أين

للسخان الشمسي:

؛ أين

بالنسبة لمحطة الطاقة الحرارية (TPP):

,

حيث N e - قوة محطة توليد الكهرباء ؛

س - سعة التدفئة

Q Т - الحرارة التي يتم توفيرها لـ TPP (الوقود ، الموقع الجغرافي ، إلخ) ؛

قوة مضخات الدوران.

باستخدام طريقة exergy ، من الممكن تغيير سياسة التسعير لتحديد تكلفة الحرارة التي يتم توفيرها من CHPP. الآن يطلق مصنع CHP الحرارة دون مراعاة جودته ، والتي تعتمد على درجة حرارة الحرارة المزودة. على سبيل المثال ، إذا كان سعر Gcal هو C = 600 روبل / Gcal ، فعندما تتغير درجة الحرارة ، وفقًا لجدول درجة الحرارة 150-70 وتنخفض مع زيادة t من الهواء الخارجي ، تكون درجة حرارة الحرارة التي يتم توفيرها من CHP النقصان النبات ، أي لم يعد يتم توفير الحرارة عند 150 درجة مئوية ، ولكن في درجات حرارة منخفضة ، أي 140 ؛ 130 ؛ 110 ؛ 100 ، إلخ.

وبالتالي ، تقل طاقة هذه الحرارة وفقًا لانخفاض عامل الكفاءة τ q (الجدول 2).

لذلك ، يجب ألا يظل سعر Gcal للحرارة المزودة ثابتًا ، ولكن يجب أن ينخفض ​​مع انخفاض درجة الحرارة ، وتوفير الحرارة وفقًا للتغيرات في τ q (الشكل 3).

أرز. 3 التغييرات في تكلفة الحرارة حسب مستوى درجة الحرارة ، والحرارة المزودة.

الاستنتاجات

1) لتحديد كفاءة الطاقة ، يتم استخدام ما يلي:

أ) المعاملات المستهدفة التي يمكن أن تكتسب قيمة أكبر من 1 ؛

ب) عوامل الكفاءة ، الكفاءة ، التي لا يمكن أن تكون أكثر من 1 ؛

2) يتم تحديد الكفاءة على أساس طريقة exergy ، والتي تأخذ في الاعتبار الخسائر ؛

3) بناءً على طريقة تحليل exergy ، من الضروري تحديد سياسة تسعير الحرارة الموردة ، el. الطاقة وأشكال الطاقة الأخرى.

المؤلفات

1. Sokolov E.Ya. ، Brodyansky V.M. ، "قواعد الطاقة لعمليات تحويل الحرارة والتبريد" ، M. ، Energoizdat ، 1981

2. Brodyansky VM ، "Exergetic method of thermodynamic analysis"، M.، Energiya، 1973

يشمل جزء مجمع الطاقة الذي يزود الاقتصاد الوطني بناقلات الطاقة المحولة هندسة الطاقة الكهربائية والحرارية. مهمتهم العامة كصناعات البنية التحتية الأساسية (إلى جانب الوقود) هي توفير أمن الطاقة في البلاد - أهم عنصر للأمن القومي. بعد كل شيء ، الطاقة هي أحد العوامل الرئيسية للإنتاج وتشكيل المجتمع الحديث ككل.

طاقة- مجال الاقتصاد الذي يشمل موارد الطاقة ؛ توليد وتحويل واستخدام أنواع مختلفة من الطاقة.

هندسة الطاقة الحرارية- فرع الهندسة الحرارية ، ويعمل في تحويل الطاقة الحرارية إلى أنواع أخرى من الطاقة (ميكانيكية ، كهربائية).

هندسة الطاقةهي الرابط الرئيسي في قطاع الطاقة في البلاد.يعتبر مجمعًا إنتاجيًا وتكنولوجيًا ، فهو يشمل منشآت لتوليد الكهرباء ، والإنتاج المشترك (المشترك) للطاقة الكهربائية والحرارية ، وكذلك نقل الكهرباء إلى منشآت المشتركين للمستهلكين

كهرباء - مصدر الطاقة الأكثر تقدمًا وفريدة من نوعها. خصائصه تجعله قادرًا على التحول إلى أي نوع من الطاقة النهائية تقريبًا ، في حين أن الوقود المستخدم مباشرة في المنشآت الاستهلاكية والبخار والماء الساخن - فقط إلى طاقة ميكانيكية وحرارة ذات إمكانات مختلفة.

محطة طاقة- منشأة صناعية تولد الكهرباء وتضمن نقلها للمستهلكين عبر الشبكة الكهربائية.

إمداد الحرارة- تزويد المستهلكين بالطاقة الحرارية.

تركيب مستهلك للحرارة- مجموعة من الأجهزة التي تستخدم الطاقة الحرارية للتدفئة والتهوية وإمداد الماء الساخن والتكييف والاحتياجات التكنولوجية.

مصدر الحرارة (طاقة حرارية)- محطة توليد تنتج حرارة (طاقة حرارية)

الوظائف العامة وهيكل الطاقة.

تم تصميم صناعة الطاقة الكهربائية لأداء الوظائف العامة الهامة التالية:

    مصدر طاقة موثوق به وغير منقطع للمستهلكين وفقًا لمعايير الحالة الحالية لمعلمات جودة الطاقة.

    ضمان مزيد من كهربة الاقتصاد الوطني كعملية لتوسيع استخدام الكهرباء للحصول على أشكال مختلفة من الطاقة النهائية (الميكانيكية والحرارية والكيميائية وغيرها) واستبدال ناقلات الطاقة الأخرى بالكهرباء.

    تطوير تدفئة المناطق في المدن: عملية تدفئة عالية الكفاءة تعتمد على التوليد المشترك للكهرباء والتدفئة.

    إشراك مصادر الطاقة المتجددة والوقود الصلب منخفض الجودة والطاقة النووية في الوقود وتوازن الطاقة في الدولة (من خلال إنتاج الطاقة الكهربائية). في هذه الحالة ، يتم تقليل استخدام أنواع الوقود النادرة وعالية الجودة ، وخاصة الغاز الطبيعي ، والذي يتم استخدامه بشكل أكثر كفاءة في قطاعات أخرى من الاقتصاد الوطني ، في صناعة الطاقة الكهربائية.

يتم إنتاج الكهرباء في محطات توليد الطاقة بأنواعها المختلفة: الحرارية (TPP) ، الهيدروليكية (HPP) ، النووية (NPP) ، وكذلك في المنشآت التي تستخدم ما يسمى بمصادر الطاقة المتجددة غير التقليدية (NRES). النوع الرئيسي من محطات الطاقة هو محطات الطاقة الحرارية ، والتي تستخدم الوقود الأحفوري والفحم والغاز وزيت الوقود. من بين مصادر الطاقة المتجددة ، الأكثر انتشارًا في العالم هي الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ومحطات الطاقة الحرارية الأرضية والمنشآت التي تعمل على الكتلة الحيوية والنفايات المنزلية الصلبة.

تم تجهيز محطات الطاقة الحرارية بوحدات طاقة توربينية بخارية بسعات مختلفة ومعلمات بخارية ، بالإضافة إلى وحدات توربينات غازية (GTU) ووحدات دورة مركبة (CCGT). يمكن أن يعمل الأخير أيضًا على الوقود الصلب (على سبيل المثال ، مع التغويز داخل الدورة).

يتكون أساس القدرة الإنتاجية لصناعة الطاقة الكهربائية في روسيا من محطات توليد الطاقة للاستخدام العام ؛ أنها تمثل أكثر من 90 ٪ من قدرات التوليد. الباقي هي محطات توليد الطاقة في الإدارات ومصادر الطاقة اللامركزية.

في هيكل قدرات محطات الطاقة للاستخدام العام ، تتصدر التوربينات البخارية TPPs (الشكل 1).

الشكل 1. هيكل القدرات التوليدية لصناعة الطاقة الكهربائية

تشمل محطات الطاقة الحرارية محطات توليد الطاقة المكثفة (CES) ، التي تولد الكهرباء فقط ، ومحطات التدفئة والطاقة المشتركة (CHP) ، التي تولد الكهرباء والحرارة معًا. يلعب الغاز الطبيعي دورًا حاسمًا في توازن الوقود في TPPs. تبلغ حصتها حوالي 65٪ وتتجاوز نصيب الفحم بأكثر من ضعفين. حصة الوقود النفطي ضئيلة (أقل من 5٪).