Էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության և էլեկտրաֆիկացման տերմիններ և սահմանումներ: Էներգիայի և էներգիայի ընդհանուր հասկացություններ

Առաջին սահմանումը. «Էներգիան երկրի վառելիքաէներգետիկ համալիրն է. ընդգրկում է տարբեր տեսակի էներգիայի և էներգետիկ ռեսուրսների ստացումը, փոխանցումը, փոխակերպումը և օգտագործումը:

Երկրորդ սահմանումը. «Էներգիան տնտեսության մի ոլորտ է, որն ընդգրկում է էներգետիկ ռեսուրսները, արտադրությունը, փոխակերպումը, փոխանցումը, պահպանումը (ներառյալ խնայողությունները) և էներգիայի տարբեր տեսակների օգտագործումը: Էներգիան բնության կառավարման ձևերից է։ Ապագայում ստացված էներգիայի տեխնիկապես հնարավոր քանակությունը գործնականում անսահմանափակ է։ Այնուամենայնիվ, էներգիան զգալի սահմանափակումներ ունի կենսոլորտի թերմոդինամիկական (ջերմային) սահմանների առումով։ Այս սահմանափակումների չափերը, ըստ երևույթին, մոտ են կենսոլորտի կենդանի օրգանիզմների կողմից յուրացված էներգիայի քանակին Երկրի մակերևույթի վրա տեղի ունեցող այլ էներգետիկ գործընթացների հետ համատեղ (այս քանակի էներգիայի կրկնապատկումը, ամենայն հավանականությամբ, աղետալի կլինի կամ ցանկացած դեպքում դեպքում, կրիտիկական ազդեցություն կունենա կենսոլորտի վրա): Նշված…
սահմանը փակվում է 140 ¸ 150 10 12 Երք(ֆոտոսինթետիկ գործընթացներ - 104 10 12 Երք, երկրաջերմային էներգիա — 32 10 12 Երք), սակայն պետք է հաշվի առնել հովացման մարդածին ազդեցությունը, որը գնահատվում է 150 10 12 Երք, որից անհրաժեշտ է հանել նույն գործունեության տաքացման էֆեկտը՝ մոտենալով 100 ¸ 150 10 12-ին։ Երք».

Մեկ այլ հայեցակարգ. «Էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերությունը էլեկտրատեխնիկայի մի ճյուղ է, որը զբաղվում է մեծ քանակությամբ էլեկտրական էներգիա ստանալու, այդ էներգիան հեռավորության վրա փոխանցելու և սպառողների միջև բաշխման խնդիրներով: Էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերության զարգացումն ընթանում է խոշոր էլեկտրակայանների (ջերմային, հիդրավլիկ, միջուկային) կառուցման ճանապարհով, որոնք փոխկապակցված են բարձրավոլտ էլեկտրահաղորդման գծերով էներգետիկ համակարգերին, բարելավելով արտադրության, փոխակերպման և սարքավորումների տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշները: էներգիայի փոխանցում.

Էներգիան, ըստ էության, առաջանալով 20-րդ դարում, դարձել է մարդկային գործունեության կենսապահովման ճյուղ։ Էներգիայի արտադրության զարգացումը սերտորեն կապված է սպառման հետ՝ ձևավորելով «արտադրող-սպառող» միասնական համակարգը։ Էներգիայի արտադրությունը չի կարող աշխատել պահեստի համար։ Այն աճում է դրա անհրաժեշտությանը զուգահեռ, իսկ էներգիայի պակասը կարող է խոչընդոտել քաղաքակրթության հետագա զարգացմանը։ 21-րդ դարի սկզբի դրությամբ էներգիան բավարարում է համաշխարհային էլեկտրաէներգիայի ընդհանուր սպառման միայն մոտ 80%-ը։ Որոշ շրջաններում դրա պակասը խոչընդոտում է հասարակության հետագա զարգացմանը, առանձին ազգությունների ու երկրների առաջընթացին։ Աշխարհի տարածաշրջաններում էներգետիկ ռեսուրսների բացակայությունը ազդում է ոչ միայն հասարակության նյութական բարեկեցության, այլև քաղաքական մթնոլորտի վրա՝ ստեղծելով այսպես կոչված համակարգային ճգնաժամի տարբեր տարբերակներ, որոնք հրահրում են զինված հակամարտություններ բնական պաշարների տիրապետման և վերահսկման համար։ էներգիայի աղբյուրներից (բնական գազ, նավթ և այլն):

Գիտական ​​և տեխնոլոգիական առաջընթացն անհնար է առանց էներգիայի և էլեկտրիֆիկացիայի գոյության և զարգացման։ Աշխատանքի արտադրողականությունը բարձրացնելու համար մեծ նշանակություն ունի արտադրական գործընթացների մեքենայացումը և ավտոմատացումը, այսինքն. մարդկանց աշխատանքի փոխարինումը մեքենաներով. Այնուամենայնիվ, մեքենայացման և ավտոմատացման տեխնիկական միջոցների ճնշող մեծամասնությունը էլեկտրական հիմք ունի։ Էլեկտրական էներգիան հատկապես լայն կիրառություն է ստացել տարբեր մեխանիզմների էլեկտրական շարժիչներ վարելու համար։

«Էներգետիկա» հասկացությունը սերտորեն կապված է «էներգիա» բանալի բառի հետ. «Էներգիան ֆիզիկայում դիտարկվող նյութի շարժման տարբեր ձևերի ընդհանուր չափումն է։ Շարժման որակապես տարբեր ձևերի և դրանց համապատասխան փոխազդեցությունների քանակական բնութագրի համար ներկայացվում են էներգիայի տարբեր տեսակներ՝ մեխանիկական, ներքին, գրավիտացիոն, էլեկտրամագնիսական, միջուկային և այլն։ Փակ համակարգում կատարվում է էներգիայի պահպանման օրենքը։ Հարաբերականության տեսության մեջ հաստատվել է համընդհանուր կապ մարմնի ընդհանուր էներգիայի և նրա զանգվածի միջև. -իցլույսի արագությունն է վակուումում։

Ամենից հաճախ մարդն օգտագործում է երկու տեսակի էներգիա՝ էլեկտրական և ջերմային: Մարդկությունը կարիք ունի այս տեսակի էներգիայի, և դրանց կարիքը տարեցտարի ավելանում է: Միևնույն ժամանակ, ավանդական բնական վառելիքի (նավթ, ածուխ, գազեր և միջուկային) պաշարները սահմանափակ են։ Հետևաբար, այսօր կարևոր է գտնել էներգիայի շահավետ աղբյուրներ ոչ միայն էժան վառելիքի, այլ նաև նախագծման պարզության, շահագործման, էլեկտրակայանների գոյության և երկարակեցության համար անհրաժեշտ նյութերի հուսալիության առումով:

Հաշվի առնելով վերը նշված բոլորը, ջերմության և էլեկտրաէներգիայի արտադրությունն ու սպառումը սխեմատիկորեն կարելի է ներկայացնել հետևյալ կերպ (նկ. 1.1): Գոյություն ունի էներգիայի արտադրության պոտենցիալ աղբյուր 1 (օրինակ՝ ջերմաէլեկտրակայանի կաթսա, ատոմակայանում՝ ռեակտոր, հիդրոէլեկտրակայանում՝ պատնեշ): Պոտենցիալ էներգիայի ստեղծումը տեղի է ունենում վառելիքի այրման ժամանակ քիմիական ռեակցիաների պատճառով. ուրանի ատոմների միջուկային տրոհման ռեակցիաները կամ բնական ջրի ցիկլը բնության մեջ: Պոտենցիալ էներգիան վերածվում է գոլորշու կամ հիդրավլիկ տուրբինի ռոտորի պտտման մեխանիկական էներգիայի: Իր հերթին, մեխանիկական էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի էլեկտրական գեներատորում 3: Այնուհետև էլեկտրական էներգիան վերածվում է երկարատև փոխանցման համար հարմար ձևի: հեռավորությունները ենթակայան 4. Այս բոլոր փոխակերպումները տեղի են ունենում մեկ համալիրում, որը կոչվում է էլեկտրական կայան 5: Էլեկտրական հաղորդման գծերի միջոցով 6 (հիշեք հայտնի «LEP-500-ը պարզ գիծ չէ»), էներգիան կարող է փոխանցվել հարյուրներով չափված հեռավորությունների վրա: կիլոմետրերով մինչև սպառման վայր։ Այստեղ տեղադրվում են նաև 7 ​​ենթակայաններ՝ էլեկտրական էներգիան սպառման համար հարմար ձևի վերածելու և սպառող 8-ին փոխանցելու համար։ Օրինակ՝ կենցաղային սպառողի համար անհրաժեշտ է ունենալ մուտքային էլեկտրական հոսանք՝ 220 պարամետրերով։ INև 50 Հց. Ջերմային էներգիան, որպես կանոն, արտադրվում է ջերմային էլեկտրակայաններում 5, իսկ կաթսայատան 9 կայանների միջոցով ջեռուցման ցանցերի միջոցով 10-ը 11 պոմպերով ուղարկվում է սպառող 8:

Մարդկանց համար ջերմության և էլեկտրաէներգիայի այս արտադրությունն է, որ պարզվեց սպառման համար ամենահարմարն ու բազմակողմանի։ Իհարկե, կուզենայի ավելի անհատական ​​ու ավելի հարմար էներգիայի աղբյուր ունենալ, բայց, ցավոք, չկա։ Եվ որքան լավ կլիներ, որ գրպանումս էներգիայի մի փոքր աղբյուր ունենայի, որպեսզի այն միշտ լինի «ինձ հետ», և այն հնարավոր լինի միացնել ու անջատել ըստ անհրաժեշտության՝ ջեռուցման, լուսավորության, ճաշ պատրաստելու, կամ դիտելու և դիտելու համար։ լսել հեռուստացույց, ընդունիչ և այլն: դ. Միևնույն ժամանակ, կարելի է մոռանալ հսկայական անարդյունավետ էլեկտրակայանների գոյության, դրանց համար վառելիք արդյունահանելու, գետերը փակող ամբարտակներ կառուցելու և բերրի հողերը հեղեղելու մասին։ Այնուամենայնիվ, դրանք այս պահին պարզապես երազանքներ են։

Բրինձ. 1.1. Ջերմության և էլեկտրաէներգիայի արտադրության և սպառման սխեման

1 – պոտենցիալ էներգիայի գեներատոր; 2 - տուրբին; 3 - էլեկտրական գեներատոր; 4 - էլեկտրաէներգիայի տրանսֆորմատորներ; 5 - էլեկտրակայան; 6 - հեռահար հաղորդման գծեր; 7 - ցանցային ենթակայաններ; 8 - սպառող; 9 - կաթսայատուն - ջերմային ցանցերի կաթսայատուն; 10 - ջեռուցման ցանցեր; 11 - ցանցային պոմպ.

Էներգամատակարարման խնդիրն ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն շոշափում է մոլորակի բոլոր բնակիչների շահերը, նույնիսկ նրանց, ովքեր գաղափար չունեն այդ մասին։ Մարդը դարձավ բնության ստեղծման պսակը միայն այն պահից, երբ նա ուղղակիորեն սկսեց տիրապետել էներգիային. առաջին մեխանիկական՝ փայտի լծակի տեսքով։ Այնուամենայնիվ, դուք չեք կարող հեռու գնալ ձեր սեփական մկանների վրա, չնայած Արքիմեդը հավատում էր, որ կարող եք ամբողջ աշխարհը տակնուվրա անել, եթե միայն լծակ լինի: Ջերմային էներգիան, որը մարդուն տրվել է որպես նվեր Պրոմեթևսից (ըստ լեգենդի), իր հնարավորություններով ավելի բեղմնավոր է ստացվել։ Բայց նույնիսկ նա չկարողացավ բավարարել տղամարդու անընդհատ աճող կարիքները: Միայն էլեկտրաէներգիան ապացուցեց, որ կարող է մեծ քանակությամբ փոխանցվել երկար հեռավորությունների վրա և հեշտությամբ և արագ վերածվել էներգիայի ցանկացած այլ ձևի:

Էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերության ծնունդից ի վեր (19-րդ դարի վերջ - 20-րդ դարի սկիզբ) պետությունների և հասարակությունների խելամիտ ղեկավարները հասկացել են, որ տնտեսական աճ ապահովելու համար էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերությունը պետք է ունենա առաջնահերթ զարգացում։ Սա թույլ տվեց էլեկտրիֆիկացման ուղին բռնած երկրներին բեկում մտցնել տնտեսական, գիտական, տեխնիկական, սոցիալական և մշակութային ոլորտներում։ Սակայն ժամանակի ընթացքում արդյունաբերական և էներգիայի արտադրության աճը հակասության մեջ մտավ բնապահպանական խնդիրների հետ։ Սոցիալական և մշակութային ինքնագիտակցության զարգացումը նպաստեց մի իրավիճակի առաջացմանը, երբ հասարակության մեջ սկսեց առաջանալ որոշակի դիմադրություն արդյունաբերական և էներգետիկ զարգացմանը: Այսպիսով, եղավ հետադարձ կապ, որն ազդում է տնտեսության վրա։ Սպառման մակարդակի աճը, որը հնարավոր դարձավ էներգիայի զարգացման շնորհիվ, Արևմուտքում ընթացավ գրեթե զուգահեռ մարդկային կյանքի արժեքի ըմբռնման զարգացմանը: Հասարակության մեջ ձևավորվեց մի գաղափար՝ աղտոտված բնական միջավայրում հարուստ կյանքը աբսուրդ է։ Մաքուր միջավայրի համար պայքարը իրական գործոն է դարձել շատ երկրների կյանքում։ Դրա գործնական հետևանքը կար թե՛ տնտեսության, թե՛ քաղաքականության, թե՛ միջազգային հարաբերությունների ոլորտներում։ Օրինակ՝ էներգատար ու կեղտոտ արդյունաբերության փոխանցումը տնտեսապես թերզարգացած այլ երկրներ կապիտալի արտահանման միջոցով։

Էներգետիկ ոլորտում քննարկվում է, թե հնարավո՞ր է շուկայական մրցակցություն էլեկտրաէներգիայի ոլորտում։ Շուկայական մրցակցությունը հնարավոր է միայն նույն ուղղությամբ գործող անկախ համակարգերի միջև։ Ըստ սահմանման՝ համակարգը բնության և հասարակության մասին առարկաների, երևույթների և գիտելիքների օբյեկտիվ միասնություն է, որոնք բնականաբար կապված են միմյանց հետ։ Գիտության և տեխնիկայի մեջ սա տարրերի (հավաքույթներ, հավաքույթներ, սարքեր և այլն) մի շարք է, հասկացություններ, որոնք ձևավորում են որոշակի ամբողջականություն և ենթակա են որոշակի առաջնորդող սկզբունքի: Ի՞նչ կարելի է դիտարկել որպես համակարգ էներգետիկայի ոլորտում։ Էլեկտրաէներգիա չի կարող արտադրվել պահեստավորման համար կամ կուտակվել: Եթե ​​ինչ-որ տեղ միացված է էլեկտրական շարժիչը (սարք, լամպ...), ապա էլեկտրակայանը պետք է ճիշտ նույնքանով ավելացնի էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը։ Ուստի էներգետիկայի ոլորտում արտադրողը բնականաբար կապված է սպառողի հետ և, հետևաբար, այստեղ համակարգը պետք է դիտարկել որպես «էլեկտրաէներգիա արտադրող-սպառող» միասնություն։ Ինչպե՞ս կարելի է նման համակարգային կապով մրցակցություն կազմակերպել։ Դա կլինի կամ դավադրություն, կամ խաբեություն: Մրցակցություն կարող է կազմակերպվել միայն առանձին համակարգերի միջև, որոնք ապահովում են որևէ երրորդ համակարգի կենսագործունեությունը։ Օրինակ, էլեկտրատեխնիկական կայանները կարող են մրցակցել միմյանց հետ կաթսաների, տուրբինների և այլ սարքավորումների ստեղծման գործում. հաստոցների գործարաններ և այլն: Մեկ համակարգում էներգիան ցանկացած արտադրության հիմնական գեներատորն է: Անհատ սպառողը (անձը) նույնպես կախվածության մեջ է ընկնում էներգիա արտադրողից։ Ուստի էներգիա տալ մասնավոր ձեռքերին, նշանակում է կորցնել երկրի նկատմամբ վերահսկողությունը։ Էներգետիկը պետք է պետական ​​վերահսկողության տակ լինի, ինչպես դա արվում է շատ երկրներում։ Ռուսաստանում այժմ որոշակիորեն թուլացել է պետության կողմից էներգետիկ ոլորտի վերահսկողությունը։ Էլեկտրակայանների մեծ մասը վաղուց մշակել է իրենց շարժիչային ռեսուրսները: Այս առումով մեր էներգետիկ արդյունաբերությունը կարիք ունի նոր գաղափարների (նոր ծրագրեր GOELRO-ի համար), նոր զարգացումներ, որոնք նպաստում են նրա հետագա վերելքին, ինչը մարդկանց հույս կհաղորդի նոր բարձր ստեղծագործական և արդյունաբերական հաջողությունների յուրացման գործում:

Էներգիան այն է, ինչը հնարավոր է դարձնում կյանքը ոչ միայն մեր մոլորակի վրա, այլև Տիեզերքում: Այնուամենայնիվ, այն կարող է շատ տարբեր լինել: Այսպիսով, ջերմությունը, ձայնը, լույսը, էլեկտրականությունը, միկրոալիքային վառարանները, կալորիաները էներգիայի տարբեր տեսակներ են: Մեր շուրջը տեղի ունեցող բոլոր գործընթացների համար այս նյութն անհրաժեշտ է։ Երկրի վրա գոյություն ունեցող էներգիայի մեծ մասը ստանում է Արևից, բայց կան դրա այլ աղբյուրներ: Արևը այն փոխանցում է մեր մոլորակին այնքան, որքան 100 միլիոն ամենահզոր էլեկտրակայանները կարտադրեին միաժամանակ:

Ի՞նչ է էներգիան:

Ալբերտ Էյնշտեյնի առաջ քաշած տեսությունը ուսումնասիրում է նյութի և էներգիայի փոխհարաբերությունները։ Այս մեծ գիտնականը կարողացել է ապացուցել մի նյութի՝ մյուսի վերածվելու ունակությունը։ Միաժամանակ պարզվեց, որ էներգիան մարմինների գոյության ամենակարեւոր գործոնն է, իսկ նյութը՝ երկրորդական։

Էներգիան, մեծ հաշվով, որոշակի աշխատանք կատարելու ունակություն է: Հենց նա է կանգնած ուժի գաղափարի հետևում, որն ընդունակ է շարժել մարմինը կամ տալ նրան նոր հատկություններ: Ի՞նչ է նշանակում «էներգիա» տերմինը: Ֆիզիկան հիմնարար գիտություն է, որին իրենց կյանքը նվիրել են բազմաթիվ գիտնականներ տարբեր դարաշրջանների և երկրներից: Նույնիսկ Արիստոտելը օգտագործել է «էներգիա» բառը՝ մարդկային գործունեությանը մատնանշելու համար: Հունարենից թարգմանված «էներգիան» նշանակում է «գործունեություն», «ուժ», «գործողություն», «զորություն»: Առաջին անգամ այս բառը հայտնվեց հույն գիտնականի «Ֆիզիկա» կոչվող տրակտատում:

Այժմ ընդհանուր ընդունված իմաստով այս տերմինը ներդրվել է անգլիացի ֆիզիկոսի կողմից: Այս նշանակալից իրադարձությունը տեղի է ունեցել դեռևս 1807 թվականին: XIX դարի 50-ական թթ. անգլիացի մեխանիկ Ուիլյամ Թոմսոնն առաջինն օգտագործեց «կինետիկ էներգիա» հասկացությունը, իսկ 1853 թվականին շոտլանդացի ֆիզիկոս Ուիլյամ Ռանկինը ներկայացրեց «պոտենցիալ էներգիա» տերմինը։

Այսօր այս սկալյար մեծությունը առկա է ֆիզիկայի բոլոր ճյուղերում։ Այն նյութի տարբեր ձևերի շարժման և փոխազդեցության մեկ չափանիշ է: Այսինքն՝ դա մի ձևի մյուսի վերածվելու չափանիշ է։

Չափման միավորներ և նշանակումներ

Չափվում է էներգիայի քանակը: Այս հատուկ միավորը, կախված էներգիայի տեսակից, կարող է ունենալ տարբեր նշանակումներ, օրինակ.

• W-ը համակարգի ընդհանուր էներգիան է:
• Q - ջերմային:
• U - ներուժ.

Էներգիայի տեսակները

Բնության մեջ կան էներգիայի շատ տարբեր տեսակներ: Հիմնականներն են.

• մեխանիկական;
• էլեկտրամագնիսական;
• էլեկտրական;
• քիմիական;
• ջերմային;
• միջուկային (ատոմային).

Կան էներգիայի այլ տեսակներ՝ լուսային, ձայնային, մագնիսական։ Վերջին տարիներին աճող թվով ֆիզիկոսներ հակված են այսպես կոչված «մութ» էներգիայի գոյության վարկածին։ Այս նյութի նախկինում թվարկված տեսակներից յուրաքանչյուրն ունի իր առանձնահատկությունները: Օրինակ, ձայնային էներգիան կարող է փոխանցվել ալիքների միջոցով: Դրանք նպաստում են մարդկանց և կենդանիների ականջում թմբկաթաղանթի թրթռմանը, որի շնորհիվ լսվում են ձայներ։ Տարբեր քիմիական ռեակցիաների ընթացքում ազատվում է բոլոր օրգանիզմների կյանքի համար անհրաժեշտ էներգիան։ Ցանկացած վառելիք, սնունդ, կուտակիչներ, մարտկոցներ այս էներգիայի պահեստն են։

Մեր լուսատուը Երկրին էներգիա է տալիս էլեկտրամագնիսական ալիքների տեսքով: Միայն այս կերպ այն կարող է հաղթահարել Տիեզերքի տարածությունները: Շնորհիվ ժամանակակից տեխնոլոգիաների, ինչպիսիք են արևային մարտկոցները, մենք կարող ենք այն օգտագործել առավելագույն արդյունավետությամբ: Չօգտագործված էներգիայի ավելցուկը կուտակվում է էներգիայի հատուկ պահեստավորման օբյեկտներում: Վերոնշյալ էներգիայի տեսակների հետ մեկտեղ հաճախ օգտագործվում են ջերմային աղբյուրներ, գետեր, օվկիանոսներ և կենսավառելիք։

մեխանիկական էներգիա

Այս տեսակի էներգիան ուսումնասիրվում է ֆիզիկայի «Մեխանիկա» ճյուղում։ Այն նշվում է E տառով: Այն չափվում է ջոուլներով (J): Ի՞նչ է այս էներգիան: Մեխանիկայի ֆիզիկան ուսումնասիրում է մարմինների շարժումը և նրանց փոխազդեցությունը միմյանց կամ արտաքին դաշտերի հետ։ Այս դեպքում մարմինների շարժման արդյունքում ստացված էներգիան կոչվում է կինետիկ (նշվում է Ek-ով), իսկ արտաքին դաշտերի կամ արտաքին դաշտերի էներգիան՝ պոտենցիալ (Ep): Շարժման և փոխազդեցության գումարը համակարգի ընդհանուր մեխանիկական էներգիան է:

Երկու տեսակների հաշվարկման ընդհանուր կանոն կա. Էներգիայի քանակությունը որոշելու համար անհրաժեշտ է հաշվարկել մարմինը զրոյական վիճակից այս վիճակ տեղափոխելու համար անհրաժեշտ աշխատանքը։ Ընդ որում, որքան շատ աշխատանք, այնքան ավելի շատ էներգիա կունենա օրգանիզմն այս վիճակում։

Տեսակների տարանջատում ըստ տարբեր բնութագրերի

Կան էներգիայի փոխանակման մի քանի տեսակներ: Ըստ տարբեր չափանիշների՝ այն բաժանվում է արտաքին (կինետիկ և պոտենցիալ) և ներքին (մեխանիկական, ջերմային, էլեկտրամագնիսական, միջուկային, գրավիտացիոն)։ Էլեկտրամագնիսական էներգիան իր հերթին բաժանվում է մագնիսական և էլեկտրական, իսկ միջուկայինը՝ թույլ և ուժեղ փոխազդեցությունների էներգիայի։

Կինետիկ

Ցանկացած շարժվող մարմին առանձնանում է կինետիկ էներգիայի առկայությամբ։ Հաճախ այդպես են անվանում՝ վարել։ Շարժվող մարմնի էներգիան կորչում է, երբ այն դանդաղում է: Այսպիսով, որքան արագ է արագությունը, այնքան մեծ է կինետիկ էներգիան:

Երբ շարժվող մարմինը շփվում է անշարժ առարկայի հետ, կինետիկի մի մասը տեղափոխվում է վերջինիս՝ շարժման մեջ դնելով այն։ Կինետիկ էներգիայի բանաձևը հետևյալն է.

• E k \u003d mv 2: 2,
  որտեղ m-ը մարմնի զանգվածն է, v-ն մարմնի արագությունն է:

Բառերով այս բանաձևը կարելի է արտահայտել հետևյալ կերպ. առարկայի կինետիկ էներգիան հավասար է զանգվածի արտադրյալի և արագության քառակուսու կեսին։

Պոտենցիալ

Այս տեսակի էներգիան տիրապետում են մարմիններին, որոնք գտնվում են ցանկացած ուժային դաշտում: Այսպիսով, մագնիսականությունը տեղի է ունենում, երբ օբյեկտը գտնվում է մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ: Երկրի վրա գտնվող բոլոր մարմիններն ունեն գրավիտացիոն պոտենցիալ էներգիա:

Կախված ուսումնասիրության օբյեկտների հատկություններից՝ դրանք կարող են ունենալ տարբեր տեսակի պոտենցիալ էներգիա։ Այսպիսով, առաձգական և առաձգական մարմինները, որոնք ունակ են ձգվել, ունեն առաձգականության կամ ձգման պոտենցիալ էներգիա։ Ցանկացած ընկնող մարմին, որը նախկինում անշարժ էր, կորցնում է ներուժը և ձեռք է բերում կինետիկ: Այս դեպքում այս երկու տեսակների արժեքը համարժեք կլինի։ Մեր մոլորակի գրավիտացիոն դաշտում պոտենցիալ էներգիայի բանաձևը կունենա հետևյալ ձևը.

• E p = մհգ,
  որտեղ m-ը մարմնի քաշն է; h-ը մարմնի զանգվածի կենտրոնի բարձրությունն է զրոյական մակարդակից. g-ն ազատ անկման արագացումն է:

Բառերով այս բանաձևը կարելի է արտահայտել հետևյալ կերպ՝ Երկրի հետ փոխազդող օբյեկտի պոտենցիալ էներգիան հավասար է նրա զանգվածի, ազատ անկման արագացման և այն բարձրության արտադրյալին, որում այն ​​գտնվում է։

Այս սկալյար արժեքը պոտենցիալ ուժային դաշտում տեղակայված նյութական կետի (մարմնի) էներգիայի պաշարի բնութագիրն է և օգտագործվում է դաշտային ուժերի աշխատանքի շնորհիվ կինետիկ էներգիա ձեռք բերելու համար։ Երբեմն այն կոչվում է կոորդինատային ֆունկցիա, որը տերմին է համակարգի Լանգրանժյանում (դինամիկ համակարգի Լագրանժի ֆունկցիա): Այս համակարգը նկարագրում է նրանց փոխազդեցությունը:

Տիեզերքում տեղակայված մարմինների որոշակի կոնֆիգուրացիայի համար պոտենցիալ էներգիան հավասարվում է զրոյի: Կազմաձևի ընտրությունը որոշվում է հետագա հաշվարկների հարմարությամբ և կոչվում է «պոտենցիալ էներգիայի նորմալացում»:

Էներգիայի պահպանման օրենքը

Ֆիզիկայի ամենահիմնական պոստուլատներից մեկը էներգիայի պահպանման օրենքն է։ Ըստ նրա՝ էներգիան ոչ մի տեղից չի առաջանում և ոչ մի տեղ չի վերանում։ Այն անընդհատ փոխվում է մի ձևից մյուսը: Այսինքն՝ կա միայն էներգիայի փոփոխություն։ Այսպիսով, օրինակ, լապտերի մարտկոցի քիմիական էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի, իսկ դրանից՝ լույսի և ջերմության։ Տարբեր կենցաղային տեխնիկա էլեկտրական էներգիան վերածում է լույսի, ջերմության կամ ձայնի: Ամենից հաճախ փոփոխության վերջնական արդյունքը ջերմությունն ու լույսն է: Դրանից հետո էներգիան անցնում է շրջակա տարածք:

Էներգիայի օրենքը ի վիճակի է բացատրելու Շատ գիտնականներ պնդում են, որ դրա ընդհանուր ծավալը տիեզերքում մշտապես մնում է անփոփոխ: Ոչ ոք չի կարող նորովի էներգիա ստեղծել կամ ոչնչացնել այն։ Զարգացնելով դրա տեսակներից մեկը՝ մարդիկ օգտագործում են վառելիքի էներգիան, ընկնող ջուրը, ատոմը։ Միևնույն ժամանակ, դրա մի ձևը վերածվում է մյուսի:

1918 թվականին գիտնականները կարողացան ապացուցել, որ էներգիայի պահպանման օրենքը ժամանակի թարգմանական սիմետրիայի մաթեմատիկական հետևանքն է՝ խոնարհված էներգիայի մեծությունը։ Այսինքն՝ էներգիան պահպանվում է այն պատճառով, որ տարբեր ժամանակներում ֆիզիկայի օրենքները չեն տարբերվում։

Էներգետիկ առանձնահատկություններ

Էներգիան մարմնի՝ աշխատանք կատարելու ունակությունն է։ Փակ ֆիզիկական համակարգերում այն ​​պահպանվում է ամբողջ ժամանակի ընթացքում (քանի դեռ համակարգը փակ է) և շարժման երեք հավելումային ինտեգրալներից մեկն է, որը պահպանում է արժեքը շարժման ընթացքում։ Դրանք ներառում են՝ էներգիա, մոմենտ «Էներգիա» հասկացության ներդրումը նպատակահարմար է, երբ ֆիզիկական համակարգը ժամանակի մեջ միատարր է։

Մարմինների ներքին էներգիան

Դա մոլեկուլային փոխազդեցությունների էներգիաների և այն կազմող մոլեկուլների ջերմային շարժումների գումարն է։ Այն չի կարող ուղղակիորեն չափվել, քանի որ դա համակարգի վիճակի միարժեք ֆունկցիա է: Ամեն անգամ, երբ համակարգը հայտնվում է տվյալ վիճակում, նրա ներքին էներգիան ունի իր բնորոշ արժեքը՝ անկախ համակարգի գոյության պատմությունից: Ներքին էներգիայի փոփոխությունը մեկ ֆիզիկական վիճակից մյուսին անցնելու գործընթացում միշտ հավասար է վերջնական և սկզբնական վիճակներում դրա արժեքների տարբերությանը:

Գազի ներքին էներգիան

Բացի պինդ մարմիններից, գազերն ունեն նաև էներգիա։ Այն ներկայացնում է համակարգի մասնիկների ջերմային (քաոսային) շարժման կինետիկ էներգիան, որոնք ներառում են ատոմներ, մոլեկուլներ, էլեկտրոններ, միջուկներ։ Իդեալական գազի ներքին էներգիան (գազի մաթեմատիկական մոդելը) նրա մասնիկների կինետիկ էներգիաների գումարն է։ Սա հաշվի է առնում ազատության աստիճանների թիվը, որը անկախ փոփոխականների քանակն է, որոնք որոշում են մոլեկուլի դիրքը տարածության մեջ։

Ամեն տարի մարդկությունը սպառում է ավելի ու ավելի շատ էներգիայի պաշարներ։ Ամենից հաճախ, հանածո ածխաջրածինները, ինչպիսիք են ածուխը, նավթը և գազը, օգտագործվում են էներգիա ստանալու համար, որն անհրաժեշտ է մեր տները լուսավորելու և տաքացնելու, մեքենաների և տարբեր մեխանիզմների գործարկման համար: Դրանք չվերականգնվող ռեսուրսներ են։

Ցավոք սրտի, մեր մոլորակի էներգիայի միայն մի փոքր մասն է ստացվում վերականգնվող աղբյուրներից, ինչպիսիք են ջուրը, քամին և արևը: Այսօրվա դրությամբ նրանց մասնաբաժինը էներգետիկայի ոլորտում կազմում է ընդամենը 5%: Եվս 3%-ը մարդիկ ստանում են ատոմակայաններում արտադրվող միջուկային էներգիայի տեսքով։

Նրանք ունեն հետևյալ պաշարները (ջոուլներով).

• միջուկային էներգիա - 2 x 10 24;
• գազի և նավթի էներգիա - 2 x 10 23;
• մոլորակի ներքին ջերմություն - 5 x 10 20 .

Երկրի վերականգնվող ռեսուրսների տարեկան արժեքը.

• արևային էներգիա - 2 x 10 24;
• քամի - 6 x 10 21;
• գետեր - 6,5 x 10 19;
• ծովի մակընթացություն - 2,5 x 10 23:

Միայն Երկրի չվերականգնվող էներգիայի պաշարների օգտագործումից վերականգնվողներին ժամանակին անցում կատարելու դեպքում մարդկությունը մեր մոլորակի վրա երկար և երջանիկ գոյության հնարավորություն ունի: Առաջատար զարգացումներ իրականացնելու համար ամբողջ աշխարհի գիտնականները շարունակում են ուշադիր ուսումնասիրել էներգիայի տարբեր հատկությունները:

Պողպատաձուլական աղեղնաձուլական վառարան նախագծելիս վառարանի տրանսֆորմատորի հզորության ընտրությունը կատարվում է հալման ժամանակահատվածում վառարանի էներգիայի հաշվեկշռի հիման վրա և, ըստ այդ հաշվեկշռի արդյունքի, անհրաժեշտ հզորությունից բացի. վառարանի տրանսֆորմատորի, հալման տեւողությունը եւ հալման ժամանակաշրջանի հատուկ էներգիայի սպառումը, այսինքն. վառարանի ամենակարևոր պարամետրերը, որոնք որոշում են դրա կատարումը և տեխնիկական և տնտեսական արդյունավետությունը:

Մետաղի և խարամի տաքացման և հալման համար օգտակար էներգիայի որոշում.

Հալման շրջանի վերջում թափոնների և վառարանից հեռացված խարամի հետ կապված ֆիզիկական կորուստների պատճառով, վառարան բեռնված մետաղի որոշ մասը կորչում է: Թարմացված տվյալների համաձայն՝ Kp-ի այս կորուստները կազմում են ջարդոնի զանգվածի մինչև 3%-ը:

1. Տրված քանակությամբ հեղուկ մետաղ ստանալու համար անհրաժեշտ է վառարան բեռնել մեծ քանակությամբ ջարդոն՝ ելնելով հարաբերակցից.

որտեղ Gload-ը վառարանի մեջ բեռնված ջարդոնի զանգվածն է.

Gzh - հեղուկ մետաղի զանգված հալման շրջանի վերջում.

Kp - մետաղի կորուստ վառարանի մեջ բեռնված ջարդոնի զանգվածի նկատմամբ,%;

2. Ջարդոնի տաքացման և հալման համար պահանջվող էներգիան.

W1 \u003d Gload C1 (tpl - t0) + 0,278 lzh \u003d 87,63 179 (1600-50) + 750 0,278 \u003d 24313152 Վտ ժ

որտեղ C1-ը նյութի միջին հատուկ ջերմային հզորությունն է սկզբնական միջակայքում

ջերմաստիճանը մինչև հալման կետը, Վտ ժ / (կգ 0С)

tmelt - հալման կետ, os;

tper - նախադրված գերտաքացման ջերմաստիճանը, 0С;

ll - հեղուկ մետաղի միաձուլման թաքնված ջերմություն, կՋ/կգ;

3. Հալած մետաղը գերտաքացնելու համար պահանջվող էներգիան (Վտժ).

W2 \u003d Gl C2 tper \u003d 87,63 181 50 \u003d 793051,5 Վտ ժ

որտեղ C2-ը հեղուկ նյութի միջին տեսակարար ջերմային հզորությունն է՝ հալման ջերմաստիճանից մինչև նշված գերտաքացման ջերմաստիճանը՝ Wh/ (կգ 0C):

4. Խարամ առաջացնող նյութերի տաքացման և հալման, ինչպես նաև հալած խարամի գերտաքացման համար պահանջվող էներգիան (W h) է.

W3 \u003d Gsh (Ssh (tper - tpl) + lsh 0,278) \u003d 5,26 (34 (1600-50) + 752 0,278) \u003d 278301,66 W ժ.

որտեղ Gsh - խարամի զանգվածը (կգ) վերցված է վառարան բեռնված ջարդոնի զանգվածի համեմատ և կախված է իրականացվող տեխնոլոգիայի պայմաններից:

Gsh \u003d 87.63 0.06 \u003d 5.26t.

5. Հալման ժամանակաշրջանի ընդհանուր էներգիան.

Wpol \u003d W1 + W2 + W3 \u003d 24313152 + 793051.5 + 278301.66 \u003d 25384505.2 Վտ ժ

Ջերմության կորուստների որոշում երեսպատման միջոցով.

ԴՍՊ-ի շահագործման ընթացքում պատերի և պահոցի հրակայուն որմնադրությունը մաշվում և բարակվում է յուրաքանչյուր շոգին: Ենթադրելով, որ արշավի ավարտին որմնադրությանը կարող է մաշվել իր սկզբնական հաստության 50%-ով, ապա պետք է հաշվի առնել հրակայուն որմնադրությանը 0,75-ը։ Այս առաջարկությունը չի վերաբերում ներքևի երեսպատմանը:

1. Որոշեք պատի ստորին հատվածի հատուկ ջերմային հոսքը, որի հաստությունը հավասար է.

0,75 0,46=0,345մ.

2. Մագնեզիտ-քրոմիտ աղյուսի ջերմահաղորդականության գործակիցը.

Հրակայուն երեսպատման ներքին մակերեսի ջերմաստիճանը ենթադրվում է ºC, շրջակա օդի ջերմաստիճանը՝ ºC: Որմնադրությանը արտաքին մակերեսի ջերմաստիճանը սահմանվում է առաջին մոտավորությամբ (tср որոշելու համար) єС։

3. Այս պայմաններում մենք որոշում ենք ջերմահաղորդականության գործակիցը.

որտեղ \u003d 31,35 Վտ / (m2K) - ջերմության փոխանցման գործակիցը պատյանի մակերևույթից:

• 4. Պատի վերին հատվածի հաստությունը.
• 5. Մենք սահմանում ենք պատյան єС ջերմաստիճանը և որոշում ջերմահաղորդականության գործակիցը.
• 6. Պատերի յուրաքանչյուր հատվածի գնահատված արտաքին մակերեսը հավասար է.

7. Ընդհանուր ջերմության կորուստ վառարանի պատերի միջոցով.

Հատուկ կորուստները որոշելու համար մենք վերցնում ենք օջախի երեսպատման ներքին մակերևույթի ջերմաստիճանը t1 = 1600ºС և առաջին մոտավորմամբ սահմանում ենք արտաքին երեսպատման ջերմաստիճանը, ինչպես նաև հրակայուն և ջերմամեկուսիչ շերտերի սահմանի ջերմաստիճանը։ երեսպատման

• 8. Ջերմային կորուստներ դեպրեսիայի երեսպատման միջոցով.
• 9. Ընդհանուր ջերմային կորուստ.
• 10. Ջերմային կորուստներ տանիքի երեսպատման միջոցով.

t1=tpl=1600"C; t2=20"C

11. Ընդհանուր ջերմության կորուստ երեսպատման միջոցով.

Qph \u003d Qst + Qsv + Qpad \u003d 189082 + 227957.23 + 961652.7 \u003d 1378691.93W \u003d 1378.69 կՎտ

12. Ջերմության կորուստը Qred (կՎտ) ճառագայթման միջոցով վառարանի աշխատանքային պատուհանի միջով որոշվում է հավասարմամբ.

Քիզլ = քիզլ ք Ֆիզլ

որտեղ qred-ը ջերմության հատուկ կորուստն է ճառագայթման միջոցով ջերմաստիճանի բարձրացում ունեցող մակերևույթից մինչև 200 ջերմաստիճան ունեցող միջավայր:

qmeas = 572 Վտ/մ2

գ - պատուհանի բացման դիֆրակցիայի գործակիցը

Fizl - աշխատանքային պատուհանի դռան ջերմություն ընդունող մակերես, մ2:

Fout= b h=1.374 1.031=1.417m2

Qred \u003d 572 1.417 1 \u003d 810.524 W \u003d 0.811 կՎտ:

13. Ջերմային կորուստները միախառնման ժամանակի Qpr-ի կարող են որոշվել հետևյալ կերպ.

Qpr \u003d (Qf + Qmeas + 0,5 Qg) Kn.p. \u003d (1378,69 + 0,811 + 0,5 3298) 1,1 \u003d 3331,35 կՎտ

որտեղ Qf - կորուստներ երեսպատման միջոցով հալման ժամանակահատվածում, կՎտ;

Qred - ճառագայթման կորուստներ աշխատանքային պատուհանի միջոցով հալման ժամանակահատվածում, կՎտ;

Qg - հալման ժամանակահատվածում գազերով վառարանի կորուստները, կՎտ = 3298 կՎտ.

Kn.p. - չհաշվառված կորուստների գործակիցը, որը սովորաբար վերցվում է 1.1 - 1.2 սահմաններում

բ.գ.թ. Ա.Վ. Մարտինով, MPEI (TU) PTS ամբիոնի դոցենտ:

Ցանկացած տեղադրում նախատեսված է բառի լայն իմաստով (սպառողից մինչև էներգիա) ցանկացած ապրանքի արտադրության համար։ Այս արտադրանքը ստացված էֆեկտն է (PE), որի համար ստեղծվել է այս տեղադրումը: Արտադրանքը նպատակ է, որի հասնելու համար անհրաժեշտ է էներգիա: Այս նպատակին հասնելու արդյունավետությունը որոշվում է այս նպատակի գործակցով (K c): Այսպիսով, IES-ի համար նման արտադրանքը էլեկտրաէներգիան է, CHP-ի համար, բացի էլեկտրաէներգիայից, դա նաև ջերմություն է:

Ջեռուցման ցանկացած կայանքների համար՝ կաթսաներ, վառարաններ, էլեկտրական ջեռուցիչներ, շահավետ ազդեցությունը (PE) ջերմությունն է: Սառնարանային կայանների համար ՊԷ-ն սառը է, թթվածնային բույսերի համար՝ թթվածին, ազոտային բույսերի համար՝ ազոտ և այլն։

Ցանկացած կայանքի էներգաարդյունավետությունը որոշելու համար, բացի ստացված ՊԷ-ից, անհրաժեշտ է հաշվի առնել էներգիայի ծախսերը (ԷԱ), որոնք մատակարարվում են կայանքին՝ դրա շահագործումն ապահովելու համար:

Ցանկացած տեղադրման արդյունավետությունը որոշելու համար հաճախ օգտագործվում են թիրախային գործակիցները (K c)՝ հաշվի առնելով PE և GE.

Տարբեր տեղակայումների համար այս գործակիցը K c ունի տարբեր անվանումներ (Աղյուսակ 1).

1. Այսպիսով, սառնարանային բլոկների համար, որոնք արտադրում են ցուրտ, սա կատարողականի գործակիցն է.

ա) գոլորշու կոմպրեսորների տեղադրման համար.

բ) ներծծող կայանների համար.

2. Ջերմային պոմպերի համար՝ փոխակերպման կամ փոխակերպման հարաբերակցությունը՝ ;

3. Էլեկտրաէներգիա արտադրող էլեկտրակայանների համար՝ արդյունավետության գործակից.

4. Ցանկացած ջերմաարտադրող կայանքների համար՝ ջերմային գործակից՝ (վառելիքի այրման համար ).

Այնուամենայնիվ, թիրախային գործակիցներով խնդիրները սկսվում են այն պատճառով, որ դրանք ունեն տարբեր արժեքներ և կարող են տարբեր լինել հետևյալի սահմաններում.

0 ≤ K c ≤ ∞

Այսինքն՝ նպատակային գործակիցը կարող է լինել 1-ից մեծ։

Տեսնենք, թե ինչ կկատարվի Կարնո ցիկլի համաձայն աշխատող էլեկտրակայանի (K p) նպատակային գործակցի հետ (նկ. 1).

Բրինձ. 1 Իդեալական Կարնո ցիկլը.

Այստեղից պարզ է դառնում, որ.

Այսպիսով, արդյունավետության գործակիցը ցույց է տալիս, թե որքան աշխատանք (L) կարելի է ստանալ ջերմության տվյալ քանակից (Q) T ջերմաստիճանով, երբ այն տեղափոխվում է շրջակա միջավայրի մակարդակ T os: Արդյունավետության գործակիցն ունի այլ նշանակում՝ ω; թ .

Վերցնենք T-ի ցանկացած արժեք: Օրինակ՝ T = 220 ºС: Ապա.

Այլ թիրախային գործակիցներ

Օրինակ, կատարողականի գործակիցը (ε) կարող է հասնել ավելի քան 100% արժեքների (կարող է լինել՝ 150; 200; 250 և այլն):

Ջերմային պոմպերի համար ջերմային փոխակերպման գործակիցը (μ) կարող է հասնել մինչև 300; 400; 500% կամ ավելի:

Այստեղից պարզ է դառնում, որ վերը նշված բոլոր թիրախային գործակիցները, թեև որոշ չափով արտացոլում են էներգաարդյունավետությունը, բայց արդյունավետություն չեն, քանի որ. կարող է վերցնել 100%-ից ավելի արժեքներ։

Հետևաբար, բոլոր թիրախային գործակիցները չեն արտացոլում էլեկտրակայանների և համակարգերի իրական արդյունավետությունը և չեն հանդիսանում արդյունավետության գործակիցներ (COP): Դա պայմանավորված է նրանով, որ դրանք ներառում են էներգիայի տարբեր տեսակներ, ինչպիսիք են աշխատանքը (L), էլեկտրականությունը (N), ջերմությունը (Q) և այլն:

Բայց ակնհայտ է, որ էներգիայի բոլոր տեսակներն ունեն տարբեր բնույթ և պատկանում են տարբեր խմբերի, ինչպիսիք են.

I. Էներգիայի դասավորված ձև (L և N)

II. Էներգիայի խանգարված ձև (Q և J):

Ուստի տարբեր խմբերի էներգիայով անհնար է կատարել զանազան գործողություններ (թվաբանական, հանրահաշվական և այլն)։ (Օրինակ. Հնարավոր չէ, ինչպես հաճախ արվում է, ջերմությունը բաժանել աշխատանքի կամ հակառակը. կամ):

Այստեղից վերը նշված բոլոր թիրախային գործակիցները, ինչպես արդեն նշվել է, տալիս են 100%-ից ավելի արժեք:

Միայն արդյունավետությունը (արդյունավետության գործակիցը) օբյեկտիվորեն և ճիշտ է արտացոլում կոնկրետ տեղադրման, ապարատի, համակարգի արդյունավետությունը: Արդյունավետության արժեքը միշտ գտնվում է (0 ≤ η ≤ 1) սահմաններում, այսինքն. չի գերազանցում 100%-ը։

Իդեալական տեղադրման համար - η = 1 (այսինքն, դրա արդյունավետությունը 100%): Իրական տեղադրման համար 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.

Արդյունավետությունը տալիս է էներգաարդյունավետության ճիշտ գնահատական, քանի որ. հիմնված է էներգիայի բոլոր տեսակների օգտագործման վրա՝ կրճատվելով մեկ ձևի, հաշվի առնելով էներգիայի արդյունավետությունը (էկզերգիա).

որտեղ՝ E - ցանկացած էներգիայի քանակություն;

τ - արդյունավետության գործակից, ցույց է տալիս, թե որքան աշխատանք (L) կարող է արտադրել որոշակի քանակությամբ էներգիա (E):

I խմբի էներգիաների համար (կարգավորված էներգիա) արդյունավետության գործակիցը τ = 1 է։

Նմանապես էլեկտրաէներգիայի համար (N): τ N = 1:

II խմբի էներգիաների համար (խանգարված էներգիա), τ ≠ 1. Այսպիսով, ջերմության համար (Q) արդյունավետության գործակիցը կախված է ջերմության տվյալ քանակի ջերմաստիճանի մակարդակից (T). (նկ. 2):

Բրինձ. 2. Չափման սահմանները τ q T-ից

I. Կաթսա

Ջերմային գործակից

II. Էլ կայաններ (Carno ցիկլ)

Աշխատանքի գործակիցը

(գործունակություն)

III. Սառնարանային կայան

Սառեցման գործակիցը

IV. ջերմային պոմպ

Փոխակերպման հարաբերակցությունը

V. Ջերմափոխանակիչ

Ջերմափոխանակիչի գործակիցը

Ջերմության էքսերգիա (կատարում).

.

T \u003d T os-ում; τ q = 0. Սա ենթադրում է, որ ցանկացած քանակությամբ ջերմություն (Q) T os-ում չունի գործունակություն (E), այսինքն. չի կարող աշխատանք կատարել, (E q = 0):

Ջերմային էներգիայի ցանկացած կայանքի (սարքերի), որտեղ ջերմությունը արտադրվում կամ սպառվում է (Q) T > Toc-ում, ջերմային արդյունավետության գործակիցը (τ q) գտնվում է 0-ից 1-ի սահմաններում, այսինքն. իրական տեղադրման համար 0< τ q < 1. Поэтому, работоспособность (эксергия) любого количества тепла (Е = Q∙ τ q) всегда меньше данного количества тепла: E < Q.

Տարբեր տեսակի էներգիայի էքսերգիա (կատարում).

1) Աշխատանքային էքսերգիա՝ E L = L∙τ L = L∙1 = L

(աշխատանքի էքսերգիա = աշխատանքի ծավալը)

2) Էլեկտրաէներգիա՝ E N = N∙τ N = N∙1 = N.

(ուժային էքսերգիա = ուժեր)

3) Ջերմային էքսերգիա.

(Ջերմության էքսերգիան կախված է նրա ջերմաստիճանից և ուղիղ համեմատական ​​է τ q արդյունավետության գործակցին (նկ. 2):

Հետևաբար, գործողությունը (D) արտացոլող արդյունավետությունը, որը աշխատանքի անալոգն է (L), պետք է ներառի և՛ համարիչում, և՛ հայտարարի մեջ էներգաարդյունավետության հետ կապված մեծությունները, այսինքն. էքսերգիա:

Հետևաբար, միայն էքսերգիայի արդյունավետությունն է օբյեկտիվորեն արտացոլում ցանկացած սարքի, տեղադրման կամ համակարգի էներգաարդյունավետությունը: Դրա արժեքները միշտ գտնվում են 0 ≤ η ≤ 1-ի սահմաններում:

Այստեղից էլ Կարնո ցիկլի արդյունավետությունը, այսինքն. իդեալական ցիկլը հավասար կլինի 1-ի (η = 1):

.

Ակնհայտ է, որ այլ կայանքների համար η-ն նույնպես կլինի 0 ≤ η ≤ 1-ի սահմաններում, ինչը չափանիշ է ցանկացած կայանքի և համակարգի էներգաարդյունավետությունը ճիշտ գնահատելու համար.

Ջերմային ինժեներական տեղադրման համար (կաթսա) (Աղյուսակ 1);

որտեղ ; ;

T-ը ստացված ջերմության ջերմաստիճանն է.

T T-ն վառելիքի այրման ջերմաստիճանն է:

Սառնարանային միավորի համար.

; որտեղ

Ջերմային պոմպի համար.

; որտեղ

Արևային տաքացուցիչի համար.

; որտեղ

Ջերմային էլեկտրակայանի (ՋԷԿ) համար.

,

որտեղ N e-ն էլեկտրակայանի հզորությունն է.

Q - ջերմային ելք;

Q T - ՋԷԿ-ին մատակարարվող ջերմություն (վառելիք, աշխարհագրական և այլն);

Շրջանառության պոմպերի հզորությունը.

Օգտագործելով էքսերգիայի մեթոդը, հնարավոր է փոխել գնային քաղաքականությունը՝ որոշելու CHP-ից մատակարարվող ջերմության արժեքը: Այժմ CHPP-ն արձակում է ջերմություն՝ առանց հաշվի առնելու դրա որակը, որը կախված է արտանետվող ջերմության ջերմաստիճանից։ Օրինակ, եթե Gcal-ի գինը C = 600 ռուբլի/Gcal է, ապա երբ ջերմաստիճանը փոխվում է, համաձայն ջերմաստիճանի 150-70 աստիճանի, և այն նվազում է արտաքին օդի t բարձրացմամբ, ջերմության ջերմաստիճանը, որը մատակարարվում է. CHPP-ն նվազում է, այսինքն Ջերմությունն այլևս չի մատակարարվում 150 ºС, այլ ավելի ցածր t, այսինքն. 140; 130; 110; 100 և այլն:

Հետևաբար, այս ջերմության էքսերգիան նվազում է արդյունավետության գործակցի τ q նվազմանը համապատասխան (Աղյուսակ 2):

Հետևաբար, թողարկված ջերմության մեկ Գկալ-ի գինը չպետք է մնա հաստատուն, այլ պետք է նվազի արտանետվող ջերմության ջերմաստիճանի նվազման հետ՝ τ q-ի փոփոխություններին համապատասխան (նկ. 3):

Բրինձ. 3 Ջերմության արժեքի փոփոխություն՝ կախված մատակարարվող ջերմության ջերմաստիճանի մակարդակից:

եզրակացություններ

1) Էներգաարդյունավետությունը որոշելու համար օգտագործվում է.

ա) թիրախային գործակիցները, որոնք կարող են ձեռք բերել 1-ից մեծ արժեք.

բ) արդյունավետության գործակիցների արդյունավետությունը, որը չի կարող 1-ից ավելի լինել.

2) արդյունավետությունը որոշվում է էքսերգիայի մեթոդի հիման վրա՝ հաշվի առնելով կորուստները.

3) Էքսերգիայի վերլուծության մեթոդի հիման վրա անհրաժեշտ է որոշել մատակարարվող ջերմության գնային քաղաքականությունը, էլ. էներգիա և էներգիայի այլ ձևեր:

գրականություն

1. Սոկոլով Է.Յա., Բրոդյանսկի Վ.Մ., «Ջերմային փոխակերպման և հովացման գործընթացների էներգետիկ հիմքերը», Մ., Էներգոիզդատ, 1981 թ.

2. Բրոդյանսկի Վ.Մ., «Ջերմոդինամիկական անալիզի էքսերգետիկ մեթոդ», Մ., Էներգետիկա, 1973 թ.

Էներգետիկ համալիրի այն մասը, որը ազգային տնտեսությունը մատակարարում է փոխակերպված էներգակիրներով, ներառում է էլեկտրաէներգիան և ջերմային էներգիան։ Նրանց հանրային առաքելությունը որպես հիմնական ենթակառուցվածքային արդյունաբերություններ (վառելիքի արդյունաբերության հետ մեկտեղ) ապահովելն է երկրի էներգետիկ անվտանգությունը - ազգային անվտանգության ամենակարեւոր տարրը. Չէ՞ որ էներգիան ընդհանուր առմամբ ժամանակակից հասարակության արտադրության և ձևավորման հիմնական գործոններից մեկն է։

Էներգիա- էներգետիկ ռեսուրսները ընդգրկող տնտեսության ոլորտը. էներգիայի տարբեր տեսակների արտադրություն, փոխակերպում և օգտագործում:

Ջերմաէներգետիկա- ջերմային ճարտարագիտության ճյուղ, որը զբաղվում է ջերմային էներգիայի փոխակերպմամբ էներգիայի այլ տեսակների (մեխանիկական, էլեկտրական):

Էներգետիկ արդյունաբերությունհանդիսանում է երկրի էներգետիկայի ոլորտի առաջատար օղակը։Համարվելով որպես արտադրական և տեխնոլոգիական համալիր՝ այն ներառում է էլեկտրաէներգիա արտադրող, էլեկտրական և ջերմային էներգիայի համատեղ (համակցված) արտադրության, ինչպես նաև սպառողների բաժանորդային կայանքներին էլեկտրաէներգիա փոխանցելու կայանքներ։

Էլեկտրականություն - էներգիայի ամենաառաջադեմ և եզակի աղբյուրը: Դրա հատկություններն այնպիսին են, որ այն կարող է վերածվել գրեթե ցանկացած տեսակի վերջնական էներգիայի, մինչդեռ սպառողական կայանքներում ուղղակիորեն օգտագործվող վառելիքը, գոլորշին և տաք ջուրը, միայն մեխանիկական էներգիայի և տարբեր պոտենցիալների ջերմության:

էլեկտրակայան- արդյունաբերական ձեռնարկություն, որն արտադրում է էլեկտրաէներգիա և ապահովում է դրա փոխանցումը սպառողներին էլեկտրական ցանցի միջոցով.

Ջերմամատակարարում- սպառողներին ապահովել ջերմային էներգիայով.

Ջերմ սպառող գործարան- սարքերի մի շարք, որոնք օգտագործում են ջերմային էներգիա ջեռուցման, օդափոխության, տաք ջրամատակարարման, օդորակման և տեխնոլոգիական կարիքների համար:

Ջերմության աղբյուր (ջերմային էներգիա)- ջերմություն (ջերմային էներգիա) արտադրող էլեկտրակայան.

Հասարակական գործառույթները և էներգիայի կառուցվածքը:

Էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերությունը կոչված է իրականացնելու հետևյալ կարևոր հասարակական գործառույթները.

Հուսալի և անխափան էլեկտրամատակարարում սպառողներին՝ համաձայն էլեկտրաէներգիայի որակի պարամետրերի ներկայիս պետական ​​ստանդարտների:

Ազգային տնտեսության հետագա էլեկտրաֆիկացման ապահովումը՝ որպես վերջնական էներգիայի տարբեր ձևերի (մեխանիկական, ջերմային, քիմիական և այլն) ստացման համար էլեկտրաէներգիայի օգտագործման ընդլայնման և այլ էներգակիրների էլեկտրաէներգիայով փոխարինելու գործընթաց։

Քաղաքային ջեռուցման զարգացում. բարձր արդյունավետությամբ շրջանային ջեռուցման գործընթաց՝ հիմնված էլեկտրական և ջերմային էներգիայի համակցված արտադրության վրա:

Երկրի վառելիքաէներգետիկ հաշվեկշռին (էլեկտրական էներգիայի արտադրության միջոցով) վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների, ցածրորակ պինդ վառելիքի, միջուկային էներգիայի ներգրավում. Այս դեպքում էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերությունը նվազեցնում է սակավ և բարձրորակ վառելիքի, առաջին հերթին բնական գազի օգտագործումը, որն ավելի արդյունավետ է օգտագործվում ազգային տնտեսության այլ ոլորտներում։

Էլեկտրաէներգիան արտադրվում է տարբեր տիպի էլեկտրակայաններում՝ ջերմային (ՋԷԿ), հիդրավլիկ (ՀԷԿ), միջուկային (ԱԷԿ), ինչպես նաև այսպես կոչված ոչ ավանդական վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներից (NRES) օգտագործող կայանքներում։ Էլեկտրակայանների հիմնական տեսակները ջերմային են, որոնք օգտագործում են օրգանական վառելիքի ածուխ, գազ, մազութ։ Վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներից աշխարհում ամենաշատը օգտագործվում են արևային, քամու, երկրաջերմային էլեկտրակայանները, կենսազանգվածի վրա աշխատող կայանքները և քաղաքային կոշտ թափոնները:

ՋԷԿ-երը հագեցած են տարբեր հզորությունների և գոլորշու պարամետրերի շոգետուրբինային էներգաբլոկներով, ինչպես նաև գազատուրբինային (GTU) և համակցված ցիկլի (CCGT) կայանքներով: Վերջինս կարող է աշխատել նաև պինդ վառելիքի վրա (օրինակ՝ ներցիկլային գազաֆիկացումով)։

Ռուսաստանում էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության արտադրական ներուժի հիմքը կազմում են հանրային էլեկտրակայանները. նրանց բաժին է ընկնում արտադրող հզորության ավելի քան 90%-ը: Մնացածը գերատեսչական էլեկտրակայաններն են և էներգիայի ապակենտրոնացված աղբյուրները։

Հանրային էլեկտրակայանների էներգակառուցվածքում առաջատար դիրքում են շոգետուրբինային ՋԷԿ-երը (նկ. 1):

Նկ 1. Էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերության արտադրական հզորությունների կառուցվածքը

Ջերմաէլեկտրակայանները ներառում են կոնդենսացիոն էլեկտրակայաններ (ԿՊԿ), որոնք արտադրում են միայն էլեկտրաէներգիա, և համակցված ջերմաէլեկտրակայաններ (CHP), որոնք ապահովում են էլեկտրաէներգիայի և ջերմության համակցված արտադրություն։ Բնական գազը որոշիչ դեր է խաղում ՋԷԿ-երի վառելիքի հաշվեկշռում։ Նրա մասնաբաժինը կազմում է մոտ 65% և ավելի քան 2 անգամ գերազանցում է ածխի բաժինը։ Նավթային վառելանյութերի մասնակցությունը աննշան է (5%-ից պակաս)։