Terminy i definicje dotyczące energii elektrycznej i elektryfikacji. Ogólne pojęcia energii i energii

11.05.2019

Pierwsza definicja: „Energia to kompleks paliwowo-energetyczny kraju; obejmuje odbiór, przesyłanie, przetwarzanie i wykorzystanie różnego rodzaju energii i zasobów energetycznych.”

Druga definicja: „Energia to obszar gospodarki, który obejmuje zasoby energii, wytwarzanie, transformację, przesył, konserwację (w tym ekonomię) oraz wykorzystanie różnych rodzajów energii. Energia to jedna z form zarządzania przyrodą. W przyszłości technicznie możliwa ilość odbieranej energii jest praktycznie nieograniczona. Energetyka ma jednak istotne ograniczenia w zakresie termodynamicznych (termicznych) granic biosfery. Rozmiary tych ograniczeń są podobno zbliżone do ilości energii przyswajalnej przez żywe organizmy biosfery w powiązaniu z innymi procesami energetycznymi zachodzącymi na powierzchni Ziemi (podwojenie tych ilości energii jest prawdopodobnie katastrofalne lub w każdym razie będzie miało krytyczny wpływ na biosferę). Określone…
granica jest bliska 140 ¸ 150 10 12 W(procesy fotosyntezy - 104 10 12 W, energia geotermalna - 32 10 12 W), ale należy wziąć pod uwagę antropogeniczne oddziaływanie chłodzenia, szacowane na 150 10 12 W, od którego należy odjąć efekt ocieplenia tej samej czynności, zbliżając się do 100 ¸ 150 10 12 W».

Inna koncepcja: „Elektryczność to dział elektrotechniki, który zajmuje się problematyką pozyskiwania dużych ilości energii elektrycznej, przesyłania tej energii na odległość i jej dystrybucji wśród odbiorców. Rozwój elektroenergetyki przebiega drogą budowy dużych elektrowni (cieplnych, hydraulicznych, jądrowych), połączonych liniami wysokiego napięcia z systemami elektroenergetycznymi, poprawiających wskaźniki techniczno-ekonomiczne urządzeń do produkcji, transformacji i transmisja energii.”

Energia, faktycznie powstała w XX wieku, stała się podtrzymującą życie gałęzią ludzkiej działalności. Rozwój produkcji energii jest ściśle powiązany z konsumpcją, tworząc jeden system „producent-odbiorca”. Produkcja energii nie może działać w magazynie. Rośnie wraz z potrzebą, a brak energii może utrudniać dalszy rozwój cywilizacji. Na początku XXI wieku energia dostarcza tylko około 80% całkowitego światowego zużycia energii elektrycznej. Jej deficyt w niektórych regionach utrudnia dalszy rozwój społeczeństwa, postęp poszczególnych narodowości i krajów. Brak surowców energetycznych w regionach świata wpływa nie tylko na dobrobyt materialny społeczeństwa, ale także na klimat polityczny, tworząc różne warianty tzw. kryzysu systemowego, prowokując konflikty zbrojne o posiadanie i kontrolę nad rezerwatami przyrody źródeł energii (gaz ziemny, ropa itp.).

Postęp naukowy i technologiczny jest niemożliwy bez istnienia i rozwoju energetyki i elektryfikacji. Dla zwiększenia wydajności pracy duże znaczenie ma mechanizacja i automatyzacja procesów produkcyjnych, m.in. zastępowanie pracy ludzkiej maszyną. Jednak zdecydowana większość środków technicznych mechanizacji i automatyzacji ma podstawę elektryczną. Energia elektryczna jest szczególnie szeroko wykorzystywana do napędzania silników elektrycznych różnych mechanizmów.

Pojęcie „energii” jest ściśle związane ze słowem kluczowym „energia”: „Energia jest ogólną miarą różnych form ruchu materii rozważanych w fizyce. Aby ilościowo scharakteryzować jakościowo różne formy ruchu i odpowiadające im interakcje, wprowadza się różne rodzaje energii: mechaniczną, wewnętrzną, grawitacyjną, elektromagnetyczną, jądrową itp. W układzie zamkniętym spełnione jest prawo zachowania energii. W teorii względności ustalono uniwersalny związek między całkowitą energią ciała a jego masą: gdzie Z- prędkość światła w próżni”.

Najczęściej człowiek wykorzystuje dwa rodzaje energii - elektryczną i cieplną. Tego rodzaju energia jest potrzebna ludzkości, a zapotrzebowanie na nie rośnie z roku na rok. Jednocześnie zasoby tradycyjnych paliw naturalnych (ropy naftowej, węgla, gazów i atomu) są ograniczone. Dlatego dziś ważne jest znalezienie opłacalnych źródeł energii, nie tylko z punktu widzenia taniego paliwa, ale także prostoty konstrukcji, eksploatacji, niezawodności materiałów niezbędnych do istnienia i trwałości elektrowni.

Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe, produkcję i zużycie ciepła i energii elektrycznej można schematycznie przedstawić w następujący sposób (rysunek 1.1). Istnieje pewne źródło potencjalnej generacji energii 1 (na przykład kocioł w elektrowni cieplnej, reaktor w elektrowni jądrowej, zapora w elektrowni wodnej). Potencjalne wytwarzanie energii następuje w wyniku reakcji chemicznych podczas spalania paliwa; reakcje jądrowe rozszczepienia atomów uranu lub naturalna cyrkulacja wody w przyrodzie. Energia potencjalna zamieniana jest na energię mechaniczną obrotu wirnika turbiny parowej lub hydraulicznej 2. Z kolei energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną w generatorze elektrycznym 3. Następnie energia elektryczna zamieniana jest na postać dogodną do przesyłu na duże odległości na podstacji 4. Wszystkie te przemiany zachodzą w jednym kompleksie, zwanym elektrownią 5. Za pomocą elektrycznych linii przesyłowych 6 (pamiętajmy, że słynna „Power transmission line-500 to nie prosta linia”) można przesyłać energię na duże odległości mierzone w setkach kilometrów do miejsca konsumpcji. Zainstalowane są tu również podstacje 7, aby zamienić energię elektryczną w formę dogodną do zużycia i przekazać ją konsumentowi 8. Na przykład dla konsumenta w gospodarstwie domowym konieczne jest, aby na wejściu był prąd elektryczny o parametrach 220 V i 50 Hz... Energia cieplna z reguły wytwarzana jest w elektrociepłowniach 5, a przez kotłownie 9 przez sieci ciepłownicze 10 przez pompy 11 jest wysyłana do odbiorcy 8.

To właśnie ten rodzaj wytwarzania ciepła i energii elektrycznej dla człowieka okazał się najwygodniejszy i najwszechstronniejszy w konsumpcji. Oczywiście chciałbym mieć bardziej indywidualne i wygodniejsze źródło energii, ale niestety nie ma. A jak fajnie by było mieć w kieszeni małe źródło energii, żeby zawsze było „przy mnie”, i żeby można je było włączać i wyłączać w razie potrzeby do ogrzewania, oświetlenia, gotowania, czy do oglądania i słuchanie telewizora, odbiornika itp. itp. Jednocześnie można zapomnieć o istnieniu ogromnych nieefektywnych elektrowni, o wydobywaniu do nich paliwa, o budowie zapór blokujących rzeki i zalewających żyzne ziemie. Jednak na razie to tylko marzenia.

Ryż. 1.1. Schemat produkcji i zużycia ciepła i energii elektrycznej

1 - potencjalny generator energii; 2 - turbina; 3 - generator elektryczny; 4 - transformatory elektryczne; 5 - elektrownia; 6 - dalekobieżne linie przesyłowe; 7 - podstacje sieciowe; 8 - konsument; 9 - kotłownia - kotłownia sieci ciepłowniczych; 10 - sieci ciepłownicze; 11 - pompa sieciowa.

Problem zaopatrzenia w energię bezpośrednio lub pośrednio wpływa na interesy wszystkich mieszkańców planety, nawet tych, którzy nie mają o tym pojęcia. Człowiek stał się koroną stworzenia natury dopiero od momentu, gdy bezpośrednio zaczął panować nad energią; najpierw mechaniczna w postaci dźwigni drążkowej. Jednak na własnych mięśniach daleko nie zajdziesz, choć Archimedes wierzył, że można wywrócić cały świat do góry nogami, gdyby tylko była dźwignia. Energia cieplna, którą człowiek otrzymał w prezencie od Prometeusza (według legendy), okazała się bardziej płodna w swoich możliwościach. Ale nie była w stanie zaspokoić stale rosnących potrzeb człowieka. Tylko energia elektryczna okazała się być zdolna do przesyłania na duże odległości w dużych ilościach i łatwego i szybkiego przekształcania w dowolny inny rodzaj energii.

Od momentu powstania elektroenergetyki (koniec XIX - początek XX w.) rozsądni przywódcy państw i społeczeństw rozumieli, że aby zapewnić wzrost gospodarczy, elektroenergetyka musi mieć zaawansowany rozwój. Pozwoliło to krajom, które weszły na drogę elektryfikacji, dokonać przełomu w sferze gospodarczej, naukowej, technicznej, społecznej i kulturalnej. Jednak z biegiem czasu wzrost produkcji przemysłowej i energetycznej wszedł w konflikt z problemami środowiskowymi. Rozwój samoświadomości społecznej i kulturowej przyczynił się do powstania sytuacji, w której w społeczeństwie zaczął pojawiać się opór wobec rozwoju przemysłowego i energetycznego. W ten sposób pojawiła się pętla sprzężenia zwrotnego wpływająca na gospodarkę. Wzrost poziomu konsumpcji, możliwy dzięki rozwojowi energetyki, następował na Zachodzie niemal równolegle z rozwojem rozumienia wartości życia ludzkiego. W społeczeństwie powstała idea: bogate życie w zanieczyszczonym środowisku naturalnym jest absurdem. Walka o czystość środowiska stała się realnym czynnikiem w życiu wielu krajów. Praktyczna konsekwencja tego pojawiła się w sferze ekonomii, polityki i stosunków międzynarodowych. Na przykład transfer energochłonnych i brudnych przemysłów do innych krajów słabo rozwiniętych gospodarczo poprzez eksport kapitału.

W energetyce dyskutowane jest pytanie - czy w energetyce możliwa jest konkurencja rynkowa. Konkurencja rynkowa możliwa jest tylko pomiędzy niezależnymi systemami działającymi w tym samym kierunku. Z definicji system jest obiektywną jednością naturalnie powiązanych ze sobą obiektów, zjawisk, a także wiedzy o naturze i społeczeństwie. W nauce i technice jest to zbiór elementów (jednostek, zespołów, urządzeń itp.), pojęć tworzących pewną integralność i podporządkowanych pewnej zasadzie przewodniej. Co można uznać za system w sektorze energetycznym? Energia elektryczna nie może być produkowana do magazynu ani akumulowana. Jeśli gdzieś włączony jest silnik elektryczny (aparat, żarówka...), to w elektrowni produkcja prądu powinna wzrosnąć dokładnie o taką samą ilość. Dlatego w energetyce wytwórca jest w naturalny sposób powiązany z odbiorcą, a zatem system tutaj musi uwzględniać jedność „producent – odbiorca energii elektrycznej”. Jak zorganizować rywalizację w tak systemowym połączeniu? Będzie to zmowa lub oszustwo. Rywalizacja może być organizowana tylko pomiędzy poszczególnymi systemami, które podtrzymują życie jakiegoś trzeciego systemu. Na przykład zakłady energetyczne mogą konkurować ze sobą w tworzeniu kotłów, turbin i innych urządzeń; fabryki obrabiarek itp. W jednym systemie energetyka jest głównym elementem każdej produkcji. Indywidualny konsument (osoba) również staje się zależny od producenta energii. Dlatego oddanie energii w prywatne ręce oznacza utratę kontroli nad krajem. Sektor energetyczny powinien znajdować się pod kontrolą państwa, jak to ma miejsce w wielu krajach. W Rosji kontrola państwa nad sektorem energetycznym jest obecnie nieco osłabiona. Większość elektrowni już dawno się wyczerpała. W związku z tym nasza energetyka potrzebuje nowych pomysłów (nowe plany GOELRO), nowych rozwiązań, które przyczynią się do jej dalszego rozwoju, co da ludziom nadzieję na osiągnięcie nowych, wysokich, kreatywnych i przemysłowych sukcesów.

Energia jest tym, co sprawia, że życie istnieje nie tylko na naszej planecie, ale także we Wszechświecie. Jednak może być zupełnie inaczej. Tak więc ciepło, dźwięk, światło, elektryczność, mikrofale, kalorie to różne rodzaje energii. Dla wszystkich procesów zachodzących wokół nas ta substancja jest niezbędna. Wszystko, co istnieje na Ziemi, większość swojej energii otrzymuje ze Słońca, ale są też inne źródła energii. Słońce przenosi go na naszą planetę aż 100 milionów najpotężniejszych elektrowni w tym samym czasie.

Czym jest energia?

Teoria wysunięta przez Alberta Einsteina bada związek między materią a energią. Ten wielki naukowiec był w stanie udowodnić zdolność jednej substancji do przekształcania się w inną. Jednocześnie okazało się, że energia jest najważniejszym czynnikiem w istnieniu ciał, a materia jest drugorzędna.

Energia to w zasadzie zdolność do wykonywania jakiejś pracy. To ona stoi za koncepcją siły zdolnej do poruszania ciałem lub nadawania mu nowych właściwości. Co oznacza termin „energia”? Fizyka jest podstawową nauką, której poświęciło swoje życie wielu naukowców z różnych epok i krajów. Nawet Arystoteles użył słowa „energia” w odniesieniu do działalności człowieka. W tłumaczeniu z języka greckiego „energia” to „działanie”, „siła”, „działanie”, „moc”. Po raz pierwszy słowo to pojawiło się w traktacie greckiego naukowca zwanego Fizyką.

W powszechnie obecnie przyjętym znaczeniu termin ten został wprowadzony do życia codziennego przez angielskiego fizyka.To znaczące wydarzenie miało miejsce już w 1807 roku. W latach 50. XIX wieku. Angielski mechanik William Thomson po raz pierwszy użył koncepcji „energii kinetycznej”, aw 1853 r. szkocki fizyk William Rankin wprowadził termin „energia potencjalna”.

Dziś ten skalar jest obecny we wszystkich gałęziach fizyki. Jest to pojedyncza miara różnych form ruchu i interakcji materii. Innymi słowy, jest miarą przemiany jednych form w inne.

Jednostki miary i symbole

Mierzona jest ilość energii Ta specjalna jednostka, w zależności od rodzaju energii, może mieć różne oznaczenia, na przykład:

W to całkowita energia systemu.
Q - termiczny.
U jest potencjałem.

Rodzaje energii

W przyrodzie istnieje wiele różnych rodzajów energii. Najważniejsze z nich to:

mechaniczny;
elektromagnetyczny;
elektryczny;
chemiczny;
termiczny;
jądrowy (atomowy).

Istnieją inne rodzaje energii: światło, dźwięk, magnetyczna. W ostatnich latach coraz więcej fizyków skłania się ku hipotezie o istnieniu tzw. „ciemnej” energii. Każdy z wcześniej wymienionych rodzajów tej substancji ma swoją własną charakterystykę. Na przykład energia dźwięku może być przekazywana za pomocą fal. Przyczyniają się do wibracji bębenków usznych w uszach ludzi i zwierząt, dzięki czemu słychać dźwięki. W trakcie różnych reakcji chemicznych uwalniana jest energia, która jest niezbędna do życia wszystkich organizmów. Każde paliwo, żywność, akumulatory, baterie są magazynem tej energii.

Nasza oprawa przekazuje Ziemi energię w postaci fal elektromagnetycznych. Tylko w ten sposób może pokonać bezmiar Kosmosu. Dzięki nowoczesnym technologiom, takim jak panele słoneczne, możemy je wykorzystać z największym efektem. Nadwyżki niewykorzystanej energii są gromadzone w specjalnych magazynach energii. Wraz z powyższymi rodzajami energii często wykorzystywane są źródła termalne, rzeki, oceany i biopaliwa.

Energia mechaniczna

Ten rodzaj energii jest badany w dziale fizyki zwanym „Mechanika”. Jest oznaczony literą E. Jest mierzony w dżulach (J). Czym jest ta energia? Fizyka mechaniki zajmuje się badaniem ruchu ciał i ich interakcji ze sobą lub z polami zewnętrznymi. W tym przypadku energię wywołaną ruchem ciał nazywamy kinetyczną (oznaczaną przez Ek), a energię wywołaną przez pola zewnętrzne nazywamy potencjałem (En). Suma ruchu i interakcji reprezentuje całkowitą energię mechaniczną układu.

Istnieje ogólna zasada obliczania obu typów. Aby określić ilość energii, należy obliczyć pracę potrzebną do przejścia ciała ze stanu zerowego do tego stanu. Co więcej, im więcej pracy, tym więcej energii będzie miało ciało w tym stanie.

Separacja gatunków według różnych cech

Istnieje kilka rodzajów separacji energii. Według różnych kryteriów dzieli się na: zewnętrzne (kinetyczne i potencjalne) i wewnętrzne (mechaniczne, termiczne, elektromagnetyczne, jądrowe, grawitacyjne). Z kolei energię elektromagnetyczną dzieli się na energię magnetyczną i elektryczną, a energię jądrową na energię oddziaływań słabych i silnych.

Kinetyczny

Każde poruszające się ciało wyróżnia obecność energii kinetycznej. Często się tak nazywa - jazda. Energia poruszającego się ciała jest tracona, gdy zwalnia. Zatem im większa prędkość, tym większa energia kinetyczna.

Kiedy poruszające się ciało wchodzi w kontakt z nieruchomym obiektem, ten ostatni jest przenoszony na część kinetyczną, która również wprawia go w ruch. Wzór na energię kinetyczną wygląda następująco:

E k = śr 2: 2,
gdzie m to masa ciała, v to prędkość ruchu ciała.

Mówiąc słowami, wzór ten można wyrazić następująco: energia kinetyczna obiektu jest równa połowie iloczynu jego masy i kwadratu jego prędkości.

Potencjał

Ten rodzaj energii posiadają ciała znajdujące się w jakimś polu siłowym. Tak więc magnetyzm występuje, gdy obiekt znajduje się pod wpływem pola magnetycznego. Wszystkie ciała na Ziemi mają potencjalną energię grawitacyjną.

W zależności od właściwości badanych obiektów mogą mieć różne rodzaje energii potencjalnej. Tak więc ciała sprężyste i sprężyste, które mogą się rozciągać, mają potencjalną energię sprężystości lub napięcia. Każde spadające ciało, które wcześniej było nieruchome, traci potencjał i zyskuje kinetykę. Co więcej, wielkość tych dwóch typów będzie równoważna. W polu grawitacyjnym naszej planety formuła energii potencjalnej będzie miała następującą postać:

E n = mhg,
gdzie m to masa ciała; h jest wysokością środka masy ciała powyżej poziomu zerowego; g to przyspieszenie grawitacyjne.

Słowem wzór ten można wyrazić następująco: energia potencjalna obiektu oddziałującego z Ziemią jest równa iloczynowi jego masy, przyspieszenia ziemskiego i wysokości, na której się znajduje.

Ta wielkość skalarna jest cechą zapasu energii punktu materialnego (ciała) znajdującego się w potencjalnym polu sił i wykorzystywanego do pozyskiwania energii kinetycznej w wyniku działania sił pola. Czasami nazywa się to funkcją współrzędnych, która jest terminem w Lagrange'u układu (funkcja Lagrange'a układu dynamicznego). Ten system opisuje ich interakcję.

Energia potencjalna jest równa zeru dla pewnej konfiguracji ciał znajdujących się w przestrzeni. Wybór konfiguracji zależy od wygody dalszych obliczeń i nazywa się „normalizacją energii potencjalnej”.

Prawo zachowania energii

Jednym z najbardziej podstawowych postulatów fizyki jest Prawo Zachowania Energii. Zgodnie z nią energia nie powstaje nigdzie i nigdzie nie znika. Ciągle zmienia się z jednej formy w drugą. Innymi słowy, następuje tylko zmiana energii. Na przykład energia chemiczna baterii latarki jest zamieniana na energię elektryczną, a z niej na światło i ciepło. Różne urządzenia gospodarstwa domowego przekształcają energię elektryczną w światło, ciepło lub dźwięk. Najczęściej efektem końcowym zmiany jest ciepło i światło. Następnie energia trafia do otaczającej przestrzeni.

Prawo energii jest w stanie wyjaśnić wielu naukowców twierdzi, że całkowita jego objętość we Wszechświecie pozostaje niezmieniona. Nikt nie może odtworzyć ani zniszczyć energii. Produkując jeden z jego rodzajów, ludzie wykorzystują energię paliwa, spadającej wody i atomu. W takim przypadku jeden z jego typów zamienia się w inny.

W 1918 r. naukowcom udało się udowodnić, że prawo zachowania energii jest matematyczną konsekwencją translacyjnej symetrii czasu - wielkości sprzężonej energii. Innymi słowy, energia jest zachowana dzięki temu, że prawa fizyki nie różnią się w różnym czasie.

Funkcje energetyczne

Energia to zdolność organizmu do wykonywania pracy. W zamkniętych układach fizycznych utrzymuje się przez cały czas (tak długo, jak układ jest zamknięty) i jest jedną z trzech addytywnych całek ruchu, które zachowują wielkość podczas ruchu. Należą do nich: energia, moment Wprowadzenie pojęcia „energia” jest celowe, gdy układ fizyczny jest jednorodny w czasie.

Energia wewnętrzna ciał

Jest to suma energii oddziaływań molekularnych i ruchów termicznych tworzących ją cząsteczek. Nie można jej zmierzyć bezpośrednio, ponieważ jest to jednoznaczna funkcja stanu układu. Ilekroć system znajduje się w danym stanie, jego energia wewnętrzna ma swoje nieodłączne znaczenie, niezależnie od historii istnienia systemu. Zmiana energii wewnętrznej podczas przejścia z jednego stanu fizycznego do drugiego jest zawsze równa różnicy między jej wartościami w stanie końcowym i początkowym.

Energia wewnętrzna gazu

Oprócz ciał stałych gazy mają również energię. Reprezentuje energię kinetyczną termicznego (chaotycznego) ruchu cząstek układu, do których należą atomy, cząsteczki, elektrony, jądra. Energia wewnętrzna gazu doskonałego (model matematyczny gazu) jest sumą energii kinetycznych jego cząstek. Uwzględnia to liczbę stopni swobody, czyli liczbę niezależnych zmiennych określających położenie cząsteczki w przestrzeni.

Z każdym rokiem ludzkość zużywa coraz więcej zasobów energetycznych. Najczęściej węglowodory kopalne takie jak węgiel, ropa i gaz są wykorzystywane do pozyskiwania energii niezbędnej do oświetlenia i ogrzewania naszych domów, pracy pojazdów i różnych mechanizmów. Są to zasoby nieodnawialne.

Niestety tylko niewielka część energii naszej planety pochodzi ze źródeł odnawialnych, takich jak woda, wiatr i słońce. Dziś ich udział w energetyce wynosi zaledwie 5%. Kolejne 3% ludzi otrzymuje w postaci energii jądrowej produkowanej w elektrowniach jądrowych.

Mają następujące rezerwy (w dżulach):

energia jądrowa - 2 x 10 24;
energia gazu i ropy - 2 x 10 23;
wewnętrzne ciepło planety - 5 x 10 20.

Roczna wartość odnawialnych zasobów Ziemi:

energia Słońca - 2 x 10 24;
wiatr - 6 x 10 21;
rzeki - 6,5 x 10 19;
pływy morskie - 2,5 x 10 23.

Tylko wraz z terminowym przejściem od wykorzystywania nieodnawialnych zasobów energii Ziemi na odnawialne, ludzkość ma szansę na długie i szczęśliwe istnienie na naszej planecie. Naukowcy z całego świata nadal uważnie badają różne właściwości energii, aby urzeczywistniać najnowocześniejsze rozwiązania.

Przy projektowaniu łukowego pieca hutniczego doboru mocy transformatora piecowego dokonuje się na podstawie bilansu energetycznego pieca w okresie topienia iw wyniku tego bilansu oprócz wymaganej mocy transformatora pieca, określa się czas topienia i jednostkowy pobór mocy w okresie topienia, tj. najważniejsze parametry pieca decydujące o jego wydajności oraz sprawności technicznej i ekonomicznej.

Wyznaczanie energii użytecznej do ogrzewania i topienia metalu i żużla.

Pod koniec okresu topienia, z powodu odpadów i strat fizycznych związanych z usuwaniem żużla z pieca, pewna część metalu załadowanego do pieca jest tracona. Według zaktualizowanych danych te straty Kp wynoszą do 3% masy złomu.

1. Aby uzyskać określoną ilość ciekłego metalu do pieca, konieczne jest załadowanie zwiększonej ilości złomu, w oparciu o stosunek:

gdzie Gzagr to masa złomu załadowanego do pieca;

Gzh to masa ciekłego metalu pod koniec okresu topnienia;

Kp to ubytek metalu w stosunku do masy złomu załadowanego do pieca,%;

2. Energia potrzebna do podgrzania i stopienia złomu:

W1 = Gchar · C1 · (tm - t0) + 0,278 · lzh = 87,63 · 179 · (1600-50) + 750 · 0,278 = 24313152 Wh

gdzie C1 jest średnim ciepłem właściwym materiału w zakresie od początkowego

temperatura do temperatury topnienia, Wh / (kg 0С)

tmelt — temperatura topnienia, °C;

tper - zadana temperatura przegrzania, 0С;

lzh - utajone ciepło topnienia ciekłego metalu, kJ / kg;

3. Energia potrzebna do przegrzania stopionego metalu (Wh):

W2 = Gzh C2 tper = 87,63 181 50 = 793051,5 Wh

gdzie C2 to średnie ciepło właściwe ciekłego materiału w zakresie od temperatury topnienia do określonej temperatury przegrzania, Wh / (kg * 0C).

4. Energia potrzebna do ogrzania i topienia materiałów żużlotwórczych oraz przegrzania stopionego żużla wynosi (Wh):

W3 = Gw

gdzie Gsh jest masą żużla (kg) jest przyjmowana w stosunku do masy złomu załadowanego do pieca i zależy od warunków realizowanej technologii.

Gsh = 87,63 · 0,06 = 5,26t.

5. Całkowita energia okresu topnienia:

Wpol = W1 + W2 + W3 = 24313152 + 793051,5 + 278301,66 = 25384505,2 Wh

Wyznaczanie strat ciepła przez podszewkę:

Podczas pracy z płytą wiórową mur ogniotrwały ścian i sklepienia zużywa się i staje się cieńszy z każdym stopieniem. Zakładając, że do końca kampanii mur może zużyć się do 50% swojej pierwotnej grubości, należy wziąć pod uwagę 0,75 grubości muru ogniotrwałego. Zalecenie to nie dotyczy podszewki paleniska.

1. Określmy strumień ciepła właściwego dolnej części ściany o grubości równej:

0,75 0,46 = 0,345m.

2. Współczynnik przewodzenia ciepła cegły magnezytowo-chromitowej:

Temperaturę wewnętrznej powierzchni muru ogniotrwałego przyjmuje się jako єС, temperaturę otaczającego powietrza єС. Temperaturę zewnętrznej powierzchni muru ustala się w pierwszym przybliżeniu (w celu określenia tav) єС.

3. W tych warunkach określamy współczynnik przewodności cieplnej:

gdzie = 31,35 W/(m2K) to współczynnik przenikania ciepła z powierzchni obudowy.

4. Grubość górnej części ściany:
5. Ustawiamy temperaturę obudowy єС i określamy współczynnik przewodności cieplnej:
6. Obliczona powierzchnia zewnętrzna każdego odcinka ścian wynosi:

7. Całkowite straty ciepła przez ściany pieca:

Do określenia strat właściwych przyjmujemy temperaturę wewnętrznej powierzchni okładziny paleniska t1 = 1600єС i ustalamy w pierwszym przybliżeniu temperaturę okładziny zewnętrznej oraz temperaturę na granicy okładziny ogniotrwałej i cieplnej. warstwy izolacyjne podszewki,

8. Straty ciepła przez wykładzinę wnęki:
9. Całkowite straty ciepła:
10. Straty ciepła przez podsufitkę:

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

11. Całkowite straty ciepła przez podszewkę:

Qf = Qst + Qw + Qfall = 189082 + 227957,23 + 961652,7 = 1378691,93W = 1378,69kW

12. Strata ciepła przez promieniowanie Qrad (kW) przez okno robocze pieca jest określona równaniem:

Qrad = Qrad

gdzie qrad jest jednostkową stratą ciepła przez promieniowanie z powierzchni o temperaturze trad do środowiska o temperaturze 200

qrad = 572 W/m2

c - współczynnik dyfrakcji otworu okiennego

Fizl - powierzchnia pochłaniająca ciepło drzwi okna roboczego, m2.

Frad = b h = 1,374 1,031 = 1,417 m2

Qrad = 572 1,417 1 = 810,524 W = 0,811 kW.

13. Straty ciepła przestoju międzywytopowego Qpr można określić w następujący sposób:

Qpr = (Qf + Qrad + 0,5 Qg) Kn.p. = (1378,69 + 0,811 + 0,5 3298) 1,1 = 3331,35 kW

gdzie Qf jest stratą przez wyłożenie w okresie topnienia, kW;

Qradiation - straty spowodowane promieniowaniem przez okno robocze w okresie topnienia, kW;

Qg - straty paleniska z gazami w okresie topienia, kW = 3298 kW

Książka s. - współczynnik strat nieuwzględnionych, zwykle przyjmowany w przedziale 1,1 - 1,2

doktorat AV Martynov, profesor nadzwyczajny Katedry PTS MPEI (TU).

Każda instalacja przeznaczona jest do produkcji dowolnego produktu w najszerszym tego słowa znaczeniu (od konsumenta do energii). Ten produkt jest efektem wynikowym (PE), dla którego zaprojektowano to urządzenie. Produkt to cel, którego osiągnięcie wymaga energii. O skuteczności osiągnięcia tego celu decyduje współczynnik tego celu (Kc). Czyli dla IES - takim produktem jest energia elektryczna, dla CHP oprócz energii elektrycznej - jest ciepło.

W przypadku wszelkich instalacji grzewczych: kotłów, pieców, grzałek elektrycznych korzystnym efektem (PE) jest ciepło. Dla agregatów PE jest zimno, dla jednostek tlenowych - tlen, dla jednostek azotowych - azot itp.

Aby określić efektywność energetyczną dowolnej instalacji, z wyjątkiem uzyskanego PE, konieczne jest uwzględnienie zużycia energii (EE), która jest dostarczana do instalacji, aby zapewnić jej eksploatację.

Do określenia sprawności dowolnej instalacji często stosuje się współczynniki docelowe (K c) uwzględniające PE i GE:

Dla różnych instalacji współczynnik K c ma różne nazwy (tabela 1):

1. A więc dla instalacji chłodniczych produkujących zimno: jest to współczynnik wydajności:

a) W przypadku agregatów sprężarkowych:,

b) Dla roślin absorpcyjnych:;

2. W przypadku pomp ciepła: współczynnik konwersji lub transformacji:;

3. Dla elektrowni produkujących energię elektryczną - współczynnik sprawności:;

4. Dla dowolnych ciepłowni - współczynnik cieplny: (dla spalania paliwa ).

Jednak przy docelowych współczynnikach zaczynają się problemy ze względu na to, że mają one różne wartości i mogą się różnić w granicach:

0 ≤ Kc ≤ ∞

Oznacza to, że współczynnik docelowy może być większy niż 1.

Zobaczmy, co stanie się ze współczynnikiem docelowym dla elektrowni (K p) pracującej zgodnie z cyklem Carnota (rys. 1):

Ryż. 1 Idealny cykl Carnota.

To pokazuje że.

Tym samym współczynnik wydajności pokazuje, ile pracy (L) można uzyskać z danej ilości ciepła (Q) o temperaturze T przy przeniesieniu go na poziom środowiskowy Toss. Współczynnik efektywności ma inne oznaczenie: ω; t.

Przyjmiemy dowolną wartość dla T. Na przykład T = 220 ºС. Następnie:

Inne wskaźniki docelowe

Na przykład współczynnik wydajności (ε) może osiągnąć wartości większe niż 100% (może to być: 150; 200; 250; itd.%).

W przypadku pomp ciepła współczynnik przemiany ciepła (μ) może osiągnąć 300; 400; 500 i więcej%.

Widać więc wyraźnie, że wszystkie wyżej wymienione współczynniki docelowe, choć w pewnym stopniu odzwierciedlają efektywność energetyczną, nie są efektywnością, ponieważ może przyjmować wartości powyżej 100%.

W konsekwencji wszystkie współczynniki docelowe nie odzwierciedlają rzeczywistej sprawności elektrowni i systemów i nie są współczynnikami wydajności (COP). Dzieje się tak, ponieważ zawierają różne rodzaje energii, takie jak praca (L), energia elektryczna (N), ciepło (Q) itp.

Ale oczywiste jest, że wszystkie rodzaje energii mają inny charakter i należą do różnych grup, takich jak:

I. Uporządkowany rodzaj energii (L i N)

II. Nieuporządkowana forma energii (Q i J).

Dlatego niemożliwe jest wykonywanie różnych czynności (arytmetycznych, algebraicznych itp.) z energią różnych grup. (Na przykład: Nie można, jak to często bywa, podzielić ciepła na pracę lub odwrotnie: lub).

Stąd wszystkie powyższe współczynniki docelowe dają, jak już wskazano, wartość większą niż 100%.

Tylko sprawność (sprawność) obiektywnie i poprawnie odzwierciedla sprawność konkretnej instalacji, aparatury, systemu. Wartości sprawności zawsze mieszczą się w zakresie (0 ≤ η ≤ 1), tj. nie przekracza 100%.

Dla idealnej instalacji - η = 1 (czyli jej sprawność wynosi 100%). Do rzeczywistych instalacji 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.

Efektywność daje prawidłową ocenę efektywności energetycznej, ponieważ opiera się na wykorzystaniu wszystkich rodzajów energii, zredukowanych do jednego rodzaju, z uwzględnieniem efektywności energetycznej (egzergii):

gdzie: E - ilość dowolnej energii;

τ - współczynnik wydajności, pokazuje ile pracy (L) może wytworzyć dana ilość energii (E):

Dla energii grupy I (energia uporządkowana) współczynnik sprawności wynosi τ = 1.

Podobnie dla energii elektrycznej (N): τ N = 1.

Dla energii grupy II (energia nieuporządkowana) τ ≠ 1. Czyli dla ciepła (Q) sprawność zależy od poziomu temperatury (T) danej ilości ciepła: (rys. 2).

Ryż. 2. Granice pomiaru τ q z T

I. Kocioł

Współczynnik ciepła

II. E-mail stacje (cykl Carnota)

Stosunek pracy

(operacyjność)

III. Agregat chłodniczy

Współczynnik chłodzenia

IV. Pompa ciepła

Współczynnik transformacji

V. Wymiennik ciepła

Współczynnik wymiennika ciepła

Egzergia (pojemność robocza) ciepła:

Kiedy T = Tos; τ q = 0. Sugeruje to, że dowolna ilość ciepła (Q) w TOS nie ma pojemności roboczej (E), tj. nie może wykonywać pracy, (E q = 0).

Dla dowolnych elektrociepłowni (aparatów), w których ciepło jest wytwarzane lub zużywane (Q) w czasie T>Tc, współczynnik sprawności cieplnej (τ q) mieści się w zakresie od 0 do 1, tj. dla rzeczywistych instalacji 0< τ q < 1. Поэтому, работоспособность (эксергия) любого количества тепла (Е = Q∙ τ q) всегда меньше данного количества тепла: E < Q.

Egzergia (sprawność) różnych rodzajów energii:

1) Egzergia pracy: E L = L ∙ τ L = L ∙ 1 = L

(egzergia pracy = ilość pracy)

2) Egzergia elektryczności: E N = N ∙ τ N = N ∙ 1 = N

(egzergia mocy = moc)

3) Egzergia cieplna:

(egzergia ciepła zależy od jego temperatury i jest wprost proporcjonalna do współczynnika sprawności τ q (rys. 2).

Zatem sprawność odzwierciedlająca działanie (D), która jest analogią pracy (L), musi zawierać zarówno w liczniku, jak i mianowniku wartości związane ze sprawnością energetyczną, tj. egzergia:

W konsekwencji tylko sprawność egzergii obiektywnie odzwierciedla sprawność energetyczną dowolnego aparatu, instalacji lub systemu. Jego wartości są zawsze w zakresie 0 ≤ η ≤ 1.

Stąd efektywność cyklu Carnota, czyli idealny cykl będzie równy 1 (η = 1):

Oczywiście η dla pozostałych instalacji będzie się mieścić w przedziale 0 ≤ η ≤ 1, co jest kryterium prawidłowej oceny efektywności energetycznej dowolnej instalacji i systemu:

Do ciepłowni (kotła) (Tabela 1);

gdzie ; ;

T jest temperaturą uzyskanego ciepła;

Т Т - temperatura spalania paliwa.

W przypadku agregatu chłodniczego:

; gdzie

Dla pompy ciepła:

; gdzie

Do podgrzewacza słonecznego:

; gdzie

Dla elektrociepłowni (TPP):

gdzie N e - moc elektrowni;

Q - moc grzewcza;

Q Т - ciepło dostarczane do TPP (paliwo, geo, itp.);

Moc pomp obiegowych.

Wykorzystując metodę egzergii możliwa jest zmiana polityki cenowej ustalania kosztu ciepła dostarczanego z elektrociepłowni. Teraz elektrociepłownia oddaje ciepło bez uwzględniania jego jakości, która zależy od temperatury dostarczanego ciepła. Na przykład, jeśli cena za Gcal wynosi C = 600 rubli / Gcal, to gdy temperatura zmienia się, zgodnie z harmonogramem temperatur 150 - 70 i spada wraz ze wzrostem t powietrza zewnętrznego, temperatura ciepła dostarczanego z CHP roślin zmniejsza się, tj ciepło nie jest już dostarczane w temperaturze 150 ºС, ale w niższych temperaturach, tj. 140; 130; 110; 100 itd.

W konsekwencji egzergia tego ciepła maleje wraz ze spadkiem współczynnika sprawności τ q (tab. 2).

Dlatego cena za Gcal dostarczanego ciepła nie powinna pozostawać stała, lecz powinna maleć wraz ze spadkiem temperatury dostarczanego ciepła zgodnie ze zmianami τ q (rys. 3).

Ryż. 3 Zmiany kosztów ciepła w zależności od poziomu temperatury dostarczanego ciepła.

wnioski

1) Do określenia efektywności energetycznej stosuje się:

a) współczynniki docelowe, które mogą uzyskać wartość większą niż 1;

b) współczynniki sprawności, sprawność, która nie może być większa niż 1;

2) Wydajność określa się na podstawie metody egzergii, uwzględniającej straty;

3) W oparciu o metodę analizy egzergii konieczne jest określenie polityki cenowej dla dostarczanego ciepła, el. energia i inne formy energii.

Literatura

1. Sokolov E.Ya., Brodyansky V.M., "Energetyczne podstawy procesów przemian cieplnych i chłodzenia", M., Energoizdat, 1981

2. Brodyansky VM, „Egzergetyczna metoda analizy termodynamicznej”, M., Energiya, 1973

W skład kompleksu energetycznego zasilającego gospodarkę narodową w przetworzone nośniki energii wchodzi energetyka elektryczna i ciepłownicza. Ich misją publiczną jako podstawowych przemysłów infrastrukturalnych (wraz z paliwem) jest zapewnienie: bezpieczeństwo energetyczne kraju - najważniejszy element bezpieczeństwa narodowego. W końcu energia jest jednym z głównych czynników produkcji i kształtowania się nowoczesnego społeczeństwa jako całości.

Energia- obszar gospodarki, obejmujący zasoby energetyczne; wytwarzanie, transformacja i wykorzystanie różnych rodzajów energii.

Energetyka cieplna- gałąź ciepłownictwa, zajmująca się konwersją energii cieplnej na inne rodzaje energii (mechaniczna, elektryczna).

Inżynieria energetyczna jest wiodącym ogniwem w krajowym sektorze energetycznym. Uznawany za kompleks produkcyjno-technologiczny obejmuje instalacje do wytwarzania energii elektrycznej, wspólnej (skojarzonej) produkcji energii elektrycznej i cieplnej oraz przesyłu energii elektrycznej do instalacji abonenckich odbiorców

Elektryczność - najbardziej postępowe i unikalne źródło energii. Jego właściwości sprawiają, że jest on w stanie przekształcić się w prawie każdy rodzaj energii końcowej, natomiast paliwo bezpośrednio wykorzystywane w instalacjach konsumenckich, parę wodną i gorącą wodę - jedynie w energię mechaniczną i ciepło o różnym potencjale.

Elektrownia- przedsiębiorstwo przemysłowe, które wytwarza energię elektryczną i zapewnia jej przesył do odbiorców za pośrednictwem sieci elektrycznej.

Dopływ ciepła- dostarczanie odbiorcom energii cieplnej.

Instalacja energochłonna- zestaw urządzeń wykorzystujących energię cieplną do ogrzewania, wentylacji, zaopatrzenia w ciepłą wodę, klimatyzacji oraz potrzeb technologicznych.

Źródło ciepła (energia cieplna)- elektrownia produkująca ciepło (energię cieplną)

Funkcje publiczne i struktura energetyczna.

Elektroenergetyka ma na celu pełnienie następujących ważnych funkcji publicznych:

Niezawodne i nieprzerwane zasilanie odbiorców zgodnie z aktualnymi stanowymi normami parametrów jakości energii.

Zapewnienie dalszej elektryfikacji gospodarki narodowej jako proces rozszerzania wykorzystania energii elektrycznej do pozyskiwania różnych form energii końcowej (mechanicznej, cieplnej, chemicznej itp.) oraz zastępowania innych nośników energii energią elektryczną.

Rozwój ciepłownictwa w miastach: wysokosprawny proces ciepłowniczy oparty na skojarzonym wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła.

Zaangażowanie odnawialnych źródeł energii, paliw stałych niskiej jakości oraz energetyki jądrowej w bilansie paliwowo-energetycznym kraju (poprzez produkcję energii elektrycznej). W tym przypadku w elektroenergetyce zmniejsza się zużycie deficytowych i wysokiej jakości rodzajów paliw, przede wszystkim gazu ziemnego, który jest efektywniej wykorzystywany w innych sektorach gospodarki narodowej.

Energia elektryczna wytwarzana jest w elektrowniach różnego typu: cieplnych (TPP), hydraulicznych (HPP), jądrowych (NPP), a także w instalacjach wykorzystujących tzw. nietradycyjne odnawialne źródła energii (KSE). Głównym typem elektrowni są elektrownie cieplne, które wykorzystują paliwa kopalne, węgiel, gaz i olej opałowy. Wśród odnawialnych źródeł energii najbardziej rozpowszechnione na świecie są elektrownie słoneczne, wiatrowe, geotermalne, instalacje działające na biomasę oraz stałe odpady domowe.

Elektrociepłownie wyposażone są w bloki turbin parowych o różnych mocach i parametrach pary, a także turbiny gazowe (GTU) i gazowo-parowe (CCGT). Te ostatnie mogą również działać na paliwach stałych (na przykład przy zgazowaniu wewnątrzcyklowym).

Podstawą potencjału produkcyjnego elektroenergetyki w Rosji są elektrownie ogólnego użytku; stanowią one ponad 90% mocy wytwórczych. Reszta to elektrownie resortowe i zdecentralizowane źródła energii.

W strukturze mocy elektrowni ogólnego przeznaczenia prym wiodą TPP z turbinami parowymi (rys. 1).

Rys 1. Struktura mocy wytwórczych elektroenergetyki

Elektrociepłownie obejmują elektrownie kondensacyjne (CES), które wytwarzają tylko energię elektryczną oraz elektrociepłownie (CHP), które wytwarzają energię elektryczną i ciepło w skojarzeniu. Gaz ziemny odgrywa decydującą rolę w bilansie paliwowym TPP. Jego udział wynosi około 65% i ponad 2 razy przewyższa udział węgla. Udział paliw olejowych jest nieznaczny (poniżej 5%).