Termeni și definiții pentru industria energiei electrice și electrificare. Concepte generale de energie și energie

11.05.2019

Prima definiție: „Energia este complexul combustibil și energetic al țării; acoperă primirea, transmiterea, transformarea și utilizarea diferite feluri energie și resurse energetice”.

A doua definiție: „Energia este un domeniu al economiei, care acoperă resurse energetice, generarea, transformarea, transferul, conservarea (inclusiv economiile) și utilizarea diferitelor tipuri de energie. Energia este una dintre formele de management al naturii. În viitor, cantitatea tehnic posibilă de energie primită este practic nelimitată. Cu toate acestea, energia are limitări semnificative în ceea ce privește limitele termodinamice (termice) ale biosferei. Dimensiunile acestor restricții sunt aparent apropiate de cantitatea de energie asimilată de organismele vii ale biosferei în legătură cu alte procese energetice care au loc la suprafața Pământului (o dublare a acestor cantități de energie este probabil să fie catastrofală sau, în orice caz, caz, va avea un impact critic asupra biosferei). Specificat…
limită închidere 140 ¸ 150 10 12 mar(procese fotosintetice - 104 10 12 mar, energie geotermală — 32 10 12 mar), dar ar trebui să se țină cont de impactul antropic de răcire, estimat la 150 10 12 mar, din care este necesar să se scadă efectul de încălzire al aceleiași activități, apropiindu-se de 100 ¸ 150 10 12 mar».

Un alt concept: „Industria energiei electrice este o ramură a ingineriei electrice care se ocupă de problemele obținerii unor cantități mari de energie electrica, transmiterea acestei energii la distanta si distributia ei intre consumatori. Dezvoltarea industriei energiei electrice urmează calea construirii de mari centrale electrice (termice, hidraulice, nucleare), interconectate prin linii electrice de înaltă tensiune în sisteme energetice, îmbunătățirea indicatorilor tehnico-economici ai echipamentelor de producere, conversie și transport de energie”.

Energia, de fapt, având originea în secolul al XX-lea, a devenit o ramură de susținere a vieții a activității umane. Dezvoltarea producției de energie este strâns legată de consum, formând un singur sistem „producător-consumator”. Producția de energie nu poate funcționa pentru depozit. Crește odată cu nevoia de el, iar lipsa de energie poate încetini dezvoltare ulterioară civilizaţie. De la începutul secolului al XXI-lea, energia satisface doar aproximativ 80% din consumul total de energie electrică mondial. Deficiența sa în anumite regiuni împiedică dezvoltarea ulterioară a societății, progresul naționalităților și țărilor individuale. Lipsa resurselor energetice în regiunile lumii afectează nu numai bunăstarea materială a societății, ci și climatul politic, creând diverse opțiuni așa-numita criză sistemică, provocând conflicte armate pentru deținerea și controlul rezervelor naturale de surse de energie (gaze naturale, petrol etc.).

Progresul științific și tehnologic este imposibil fără existența și dezvoltarea energiei și electrificării. Pentru a crește productivitatea muncii de mare valoare are mecanizare si automatizare Procese de producție, adică înlocuirea muncii umane cu mașini. Cu toate acestea, marea majoritate a mijloacelor tehnice de mecanizare și automatizare au o bază electrică. In mod deosebit aplicare largă a primit energie electrică pentru a antrena motoarele electrice ale diferitelor mecanisme.

Conceptul de „energie” este strâns legat de cuvântul cheie „energie”: „Energie - masura generala diferite forme mișcarea materiei luate în considerare în fizică. Pentru a caracteriza cantitativ diferitele forme de mișcare și interacțiunile corespunzătoare acestora, se introduc diverse tipuri de energie: mecanică, internă, gravitațională, electromagnetică, nucleară etc. Într-un sistem închis, legea conservării energiei este îndeplinită. În teoria relativității, este stabilit conexiune universală intre energia totala a corpului si masa acestuia: , unde Cu este viteza luminii în vid.

Cel mai adesea, o persoană folosește două tipuri de energie - electrică și termică. Omenirea are nevoie de aceste tipuri de energie, iar nevoia de ele crește în fiecare an. În același timp, rezervele de combustibili naturali tradiționali (petrol, cărbune, gaze și nuclear) sunt limitate. Prin urmare, astăzi este important să găsim surse de energie profitabile, nu numai din punct de vedere al combustibilului ieftin, ci și din punct de vedere al simplității proiectării, exploatării, fiabilității materialelor necesare existenței și durabilității centralelor electrice.

Având în vedere toate cele de mai sus, producția și consumul de căldură și energie electrică pot fi reprezentate schematic după cum urmează (Fig. 1.1). Există o sursă potențială de generare a energiei 1 (de exemplu, un cazan la o centrală termică, un reactor la o centrală nucleară, un baraj la o centrală hidroelectrică). Generarea potențială de energie are loc datorită reacțiilor chimice în timpul arderii combustibilului; reacțiile de fisiune nucleară ale atomilor de uraniu sau ciclul natural al apei în natură. Energia potențială este transformată în energie mecanică rotația rotorului unei turbine cu abur sau hidraulice 2. La rândul său, energia mecanică este transformată în energie electrică în generatorul electric 3. Apoi energia electrică este transformată într-una convenabilă pentru transmitere către distanta lunga se formează la substația 4. Toate aceste transformări au loc într-un singur complex, numit stație electrică 5. Prin liniile electrice de transport 6 (rețineți celebrul „LEP-500 nu este o linie simplă”), energia poate fi transmisă pe distanțe măsurate sute de de kilometri până la locul de consum. Aici sunt instalate și stațiile 7 pentru a transforma energia electrică într-o formă convenabilă pentru consum și a o transfera către consumatorul 8. De exemplu, pentru un consumator casnic, este necesar să existe electricitate la intrarea cu parametrii 220 ÎNși 50 Hz. Energie termală, de regulă, este produs la centralele termice 5 și prin centralele de cazane 9 prin rețelele de încălzire 10 este trimis de pompele 11 către consumatorul 8.

Această producție de căldură și electricitate pentru oameni s-a dovedit a fi cea mai convenabilă și mai versatilă pentru consum. Desigur, mi-ar plăcea să am o sursă de energie mai individuală și mai convenabilă, dar, din păcate, nu există. Și cât de frumos ar fi să am o mică sursă de energie în buzunar, astfel încât să fie mereu „cu mine” și să poată fi pornit și oprit după cum este necesar pentru încălzire, iluminare, gătit sau pentru vizionare și ascultarea televizorului, receptorului etc. d. În același timp, se poate uita de existența unor uriașe centrale electrice ineficiente, de extragerea combustibilului pentru ele, de construirea de baraje care blochează râurile și inundă terenuri fertile. Cu toate acestea, acestea sunt doar vise în acest moment.

Orez. 1.1. Schema de producere și consum de căldură și energie electrică

1 – generator de energie potențială; 2 - turbină; 3 - generator electric; 4 - transformatoare electrice; 5 - centrala electrica; 6 - linii de transmisie cu rază lungă de acțiune; 7 - substații de rețea; 8 - consumator; 9 - camera cazanelor - camera cazanelor rețelelor termice; 10 - rețele de încălzire; 11 - pompa de retea.

Problema aprovizionării cu energie afectează direct sau indirect interesele tuturor locuitorilor planetei, chiar și ale celor care habar nu au despre asta. Omul a devenit coroana creației naturii abia din momentul în care a început direct să stăpânească energia; mai întâi mecanică sub formă de pârghie de stick. Cu toate acestea, nu poți merge departe cu propriile mușchi, deși Arhimede credea că poți întoarce întreaga lume cu susul în jos, doar dacă ar exista o pârghie. Energia termică, care a fost dată omului în dar de la Prometeu (conform legendei), s-a dovedit a fi mai fertilă în ceea ce privește capacitățile sale. Dar nici măcar ea nu putea satisface nevoile din ce în ce mai mari ale omului. Doar energia electrică s-a dovedit capabilă să fie transmisă pe distanțe mari în cantități mari și transformată ușor și rapid în orice altă formă de energie.

De la nașterea industriei energiei electrice (sfârșitul secolului al XIX-lea - începutul secolului al XX-lea), liderii de rațiune ai statelor și societăților și-au dat seama că, pentru a asigura creșterea economică, industria energiei electrice trebuie să aibă o dezvoltare prioritară. Acest lucru a permis țărilor care au pornit pe calea electrificării să facă o descoperire în sfera economică, științifică, tehnică, socială și culturală. Cu toate acestea, de-a lungul timpului, creșterea producției industriale și de energie a intrat în conflict cu probleme de mediu. Dezvoltarea conștiinței de sine socială și culturală a contribuit la apariția unei situații în care în societate a început să apară o oarecare rezistență la dezvoltarea industrială și energetică. Așa a apărut Părere care afectează economia. Creșterea nivelurilor de consum, posibilă de dezvoltarea energiei, a mers în Occident aproape în paralel cu dezvoltarea unei înțelegeri a valorii viata umana. Ideea s-a format în societate: Viață bogatăîntr-un mediu natural poluat este absurd. Lupta pentru puritate mediu inconjurator a devenit un factor real în viața multor țări. A existat o consecință practică a acestui lucru în sferele economiei, politicii și relațiilor internaționale. De exemplu, transferul industriilor consumatoare de energie și murdare către alte țări subdezvoltate economic prin exportul de capital.

În sectorul energetic, se discută întrebarea dacă este posibilă concurența pe piață în industria energiei electrice. Concurența pe piață este posibilă numai între sisteme independente care funcționează în aceeași direcție. Prin definiție, un sistem este o unitate obiectivă de obiecte, fenomene și cunoștințe despre natură și societate care sunt conectate în mod natural unele cu altele. În știință și tehnologie, acesta este un set de elemente (ansambluri, ansambluri, dispozitive etc.), concepte care formează o anumită integritate și sunt subordonate unui anumit principiu călăuzitor. Ce poate fi considerat sistem în sectorul energetic? Electricitatea nu poate fi produsă pentru stocare sau acumulată. Dacă un motor electric (un dispozitiv, un bec ...) este pornit undeva, atunci producția de energie electrică la centrala ar trebui să crească exact cu aceeași cantitate. Prin urmare, în sectorul energetic, producătorul este în mod firesc conectat cu consumatorul și, astfel, sistemul de aici trebuie considerat ca unitatea „producător – consumator de energie electrică”. Cum poate fi organizată competiția într-o astfel de conexiune sistemică? Va fi fie o conspirație, fie o înșelăciune. Concurenţa poate fi organizată numai între sisteme separate care asigură activitatea vitală a unui al treilea sistem. De exemplu, centralele de inginerie energetică pot concura între ele în crearea de cazane, turbine și alte echipamente; fabrici de mașini-unelte etc. Într-un singur sistem, energia este principala generatoare a oricărei producții. Consumatorul individual (persoana) devine și el dependent de producătorul de energie. Prin urmare, a da energie mâinilor private înseamnă a pierde controlul asupra țării. Energia ar trebui să fie sub controlul statului, așa cum se face în multe țări. În Rusia, controlul de către stat asupra sectorului energetic este acum oarecum slăbit. Majoritatea centralelor electrice și-au folosit de mult resursele motrice. În acest sens, industria noastră energetică are nevoie de idei noi (planuri noi pentru GOELRO), de noi dezvoltări care să contribuie la decolarea sa în continuare, care să dea speranță oamenilor în stăpânirea noilor succese creative și industriale înalte.

Energia este cea care face posibilă viața nu numai pe planeta noastră, ci și în Univers. Cu toate acestea, poate fi foarte diferit. Deci, căldura, sunetul, lumina, electricitatea, cuptorul cu microunde, caloriile sunt diferite tipuri de energie. Pentru toate procesele care au loc în jurul nostru, această substanță este necesară. Cea mai mare parte a energiei care există pe Pământ o primește de la Soare, dar există și alte surse ale acesteia. Soarele îl transmite planetei noastre cât ar produce 100 de milioane dintre cele mai puternice centrale electrice în același timp.

Ce este energia?

Teoria prezentată de Albert Einstein studiază relația dintre materie și energie. Acest mare om de știință a fost capabil să demonstreze capacitatea unei substanțe de a se transforma în alta. S-a dovedit că energia este cea mai mare un factor important existența corpurilor, iar materia este secundară.

Energia este, în mare, capacitatea de a lucra. Ea este cea care stă în spatele conceptului de forță capabilă să miște un corp sau să-i dea noi proprietăți. Ce înseamnă termenul „energie”? Fizica este stiinta fundamentala căruia și-au dedicat viața mulți oameni de știință diferite epoci si tari. Chiar și Aristotel a folosit cuvântul „energie” pentru a se referi la activitatea umană. Tradus din limba greacă, „energie” este „activitate”, „putere”, „acțiune”, „putere”. Prima dată când acest cuvânt a apărut într-un tratat al unui om de știință grec numit „Fizică”.

În sensul acum general acceptat, acest termen a fost introdus în uz de către un fizician englez. eveniment semnificativ s-a întâmplat în 1807. În anii '50 ai secolului al XIX-lea. mecanicul englez William Thomson a folosit pentru prima dată conceptul de „energie cinetică”, iar în 1853 fizicianul scoțian William Rankin a introdus termenul „ energie potențială».

Astăzi, această mărime scalară este prezentă în toate ramurile fizicii. Este o singură măsură a diferitelor forme de mișcare și interacțiune a materiei. Cu alte cuvinte, este o măsură a transformării unei forme în alta.

Unități de măsură și denumiri

Se măsoară cantitatea de energie Această unitate specială, în funcție de tipul de energie, poate avea diferite denumiri, de exemplu:

W- energie totală sisteme.
Q - termică.
U - potențial.

Tipuri de energie

În natură, sunt multe tipuri diferite energie. Principalele sunt:

mecanic;
electromagnetic;
electric;
chimic;
termic;
nucleare (atomice).

Există și alte tipuri de energie: luminoasă, sonoră, magnetică. ÎN anul trecut Toate Mai mult fizicienii sunt înclinați spre ipoteza existenței așa-numitei energii „întunecate”. Fiecare dintre tipurile enumerate anterior de această substanță are propriile sale caracteristici. De exemplu, energia sonoră poate fi transmisă folosind unde. Ele contribuie la vibrația timpanelor din urechea oamenilor și animalelor, datorită cărora se pot auzi sunetele. În cursul diferitelor reacții chimice, se eliberează energia necesară vieții tuturor organismelor. Orice combustibil, alimente, acumulatori, baterii sunt stocarea acestei energii.

Lumina noastră oferă Pământului energie sub formă de unde electromagnetice. Numai așa poate depăși întinderile Cosmosului. Mulțumită tehnologii moderne cum ar fi panourile solare, îl putem folosi cu cel mai mare efect. Excesul de energie neutilizată se acumulează în instalații speciale de stocare a energiei. Alături de tipurile de energie de mai sus, se folosesc adesea izvoarele termale, râurile, oceanele și biocombustibilii.

energie mecanică

Acest tip de energie este studiat în ramura fizicii numită „Mecanica”. Se notează cu litera E. Se măsoară în jouli (J). Ce este această energie? Fizica mecanicii studiază mișcarea corpurilor și interacțiunea lor între ele sau cu câmpurile externe. În acest caz, energia datorată mișcării corpurilor se numește cinetică (notată cu Ek), iar energia datorată sau câmpurilor externe se numește potențial (Ep). Suma mișcării și interacțiunii este energia mecanică totală a sistemului.

Pentru a calcula ambele tipuri, există regula generala. Pentru a determina cantitatea de energie, este necesar să se calculeze munca necesară pentru a transfera corpul din starea zero în această stare. Mai mult, cu cât este mai multă muncă, cu atât corpul va avea mai multă energie stare dată.

Separarea speciilor în funcție de diferite caracteristici

Există mai multe tipuri de partajare a energiei. După diverse criterii, se împarte în: extern (cinetic și potențial) și intern (mecanic, termic, electromagnetic, nuclear, gravitațional). Energia electromagnetică, la rândul său, este împărțită în magnetică și electrică și nucleară - în energia interacțiunilor slabe și puternice.

Cinetică

Orice corp în mișcare se distinge prin prezența energiei cinetice. Se numește adesea așa - conducere. Energia unui corp care se mișcă se pierde atunci când încetinește. Prin urmare viteza mai mare, cu atât energia cinetică este mai mare.

Când un corp în mișcare intră în contact cu un obiect staționar, o parte a celui cinetic este transferat acestuia din urmă, punându-l în mișcare. Formula energiei cinetice este următoarea:

E k \u003d mv 2: 2,
unde m este masa corpului, v este viteza corpului.

În cuvinte, această formulă poate fi exprimată astfel: energia cinetică a unui obiect este egală cu jumătate din produsul masei sale și pătratul vitezei sale.

Potenţial

Acest tip de energie este posedat de corpurile care se află în orice câmp de forță. Deci, magnetic apare atunci când un obiect este sub influența camp magnetic. Toate corpurile de pe pământ au energie gravitațională potențială.

În funcție de proprietățile obiectelor de studiu, acestea pot avea diferite tipuri de energie potențială. Deci, corpurile elastice și elastice care sunt capabile să se întindă au energie potențială de elasticitate sau tensiune. Orice corp în cădere care anterior era nemișcat își pierde potențialul și capătă cinetică. În acest caz, valoarea acestor două tipuri va fi echivalentă. În câmpul gravitațional al planetei noastre, formula energiei potențiale va avea următoarea formă:

E p = mhg,
unde m este greutatea corporală; h este înălțimea centrului de masă al corpului deasupra nivelului zero; g este accelerația de cădere liberă.

În cuvinte, această formulă poate fi exprimată astfel: energia potențială a unui obiect care interacționează cu Pământul este egală cu produsul masei sale, accelerația căderii libere și înălțimea la care se află.

Această mărime scalară este o caracteristică a rezervei de energie a unui punct material (corp) situat într-un câmp de forță potențial și utilizat pentru a dobândi energie cinetică datorită muncii forțelor câmpului. Uneori se numește funcția de coordonate, care este un termen din Langrangianul sistemului (funcția Lagrange a unui sistem dinamic). Acest sistem descrie interacțiunea lor.

Energia potențială este egală cu zero pentru o anumită configurație de corpuri situate în spațiu. Alegerea configurației este determinată de comoditatea calculelor ulterioare și se numește „normalizarea energiei potențiale”.

Legea conservării energiei

Unul dintre cele mai de bază postulate ale fizicii este legea conservării energiei. Potrivit lui, energia nu apare de nicăieri și nu dispare nicăieri. Se schimbă constant de la o formă la alta. Cu alte cuvinte, există doar o schimbare de energie. Deci, de exemplu, energia chimică a bateriei unei lanterne este convertită în energie electrică, iar din aceasta în lumină și căldură. Diverse aparate electrocasnice transformă energia electrică în lumină, căldură sau sunet. Cel mai adesea, rezultatul final al schimbării este căldura și lumina. După aceea, energia merge în spațiul înconjurător.

Legea energiei este capabilă să explice mulți oameni de știință susțin că volumul său total în univers rămâne constant neschimbat. Nimeni nu poate crea din nou energie sau o poate distruge. Dezvoltând unul dintre tipurile sale, oamenii folosesc energia combustibilului, a apei care cade, a unui atom. În același timp, o formă a acesteia se transformă în alta.

În 1918, oamenii de știință au putut demonstra că legea conservării energiei este o consecință matematică a simetriei translaționale a timpului - mărimea energiei conjugate. Cu alte cuvinte, energia este conservată datorită faptului că legile fizicii nu diferă diverse momente timp.

Caracteristici energetice

Energia este capacitatea unui organism de a lucra. În sistemele fizice închise, se păstrează pe tot parcursul timpului (atâta timp cât sistemul este închis) și este una dintre cele trei integrale aditive ale mișcării care păstrează valoarea în timpul mișcării. Acestea includ: energie, moment Introducerea conceptului de „energie” este potrivită atunci când sistem fizic uniformă în timp.

Energia internă a corpurilor

Este suma energiilor interacțiunilor moleculare și a mișcărilor termice ale moleculelor care o alcătuiesc. Nu poate fi măsurat direct deoarece este o funcție cu o singură valoare a stării sistemului. Ori de câte ori un sistem se găsește într-o stare dată, energia sa internă are valoarea sa inerentă, indiferent de istoria existenței sistemului. Schimbarea energiei interne în timpul tranziției de la unul condiție fizică altuia este întotdeauna egal cu diferența dintre valorile sale în starea finală și inițială.

Energia internă a gazului

În afară de solide, gazele au si ele energie. Reprezintă energia cinetică a mișcării termice (haotice) a particulelor sistemului, care includ atomi, molecule, electroni, nuclee. energie interna gazul ideal (modelul matematic al gazului) este suma energiile cinetice particulele sale. Aceasta ia în considerare numărul de grade de libertate, care este numărul de variabile independente care determină poziția moleculei în spațiu.

În fiecare an, omenirea consumă o cantitate din ce în ce mai mare de resurse energetice. Hidrocarburile fosile precum cărbunele, petrolul și gazul sunt cel mai adesea folosite pentru a genera energia necesară pentru a ne ilumina și încălzi casele, pentru a opera vehicule și diverse mecanisme. Sunt resurse neregenerabile.

Din păcate, doar o mică parte din energia de pe planeta noastră provine din resurse regenerabile, cum ar fi apa, vântul și soarele. Până în prezent, lor gravitație specificăîn sectorul energetic este de doar 5%. Alți 3% oameni primesc sub formă de energie nucleară produsă în centralele nucleare.

Au următoarele rezerve (în jouli):

energie nucleară - 2 x 10 24;
energie pe gaz și petrol - 2 x 10 23;
căldura internă a planetei - 5 x 10 20 .

Valoarea anuală a resurselor regenerabile ale Pământului:

energie solară - 2 x 10 24;
vânt - 6 x 10 21;
râuri - 6,5 x 10 19;
maree - 2,5 x 10 23.

Numai cu o tranziție în timp util de la utilizarea rezervelor de energie neregenerabile ale Pământului la cele regenerabile, omenirea are șansa pentru o perioadă lungă și existență fericită pe planeta noastră. Pentru a implementa dezvoltări avansate, oamenii de știință din întreaga lume continuă să studieze cu atenție proprietăți diverse energie.

Atunci când proiectați un cuptor de topire a oțelului cu arc, puterea transformatorului cuptorului este selectată pe baza echilibru energetic cuptor în timpul perioadei de topire și rezultatul acestui echilibru se determină, pe lângă puterea necesară a transformatorului cuptorului, și durata de topire și consumul specific de energie în timpul perioadei de topire, i.e. cei mai importanți parametri ai cuptorului, care determină performanța și eficiența tehnică și economică a acestuia.

Determinarea energiei utile pentru încălzirea și topirea metalului și zgurii.

Până la sfârșitul perioadei de topire din cauza deșeurilor și a pierderilor fizice cu zgura îndepărtată din cuptor, o parte din metalul încărcat în cuptor se pierde. Conform datelor actualizate, aceste pierderi de Kp sunt de până la 3% din greutatea deșeurilor.

1. Pentru a obține o anumită cantitate de metal lichid, este necesar să încărcați o cantitate crescută de deșeuri în cuptor, pe baza raportului:

unde Gload este masa deșeurilor încărcate în cuptor;

Gzh - masa de metal lichid la sfârșitul perioadei de topire;

Kp - pierdere de metal în raport cu masa deșeului încărcat în cuptor,%;

2. Energia necesară pentru încălzirea și topirea deșeurilor:

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

unde C1 este capacitatea termică specifică medie a materialului în intervalul de la inițial

temperaturi până la punctul de topire, W h / (kg 0С)

tmelt - punct de topire, os;

tper - temperatura de supraîncălzire prestabilită, 0С;

ll - căldura latentă de topire a metalului lichid, kJ/kg;

3. Energia necesară pentru supraîncălzirea metalului topit (Wh):

W2 \u003d Gl C2 tper \u003d 87,63 181 50 \u003d 793051,5 W h

unde C2 este capacitatea termică specifică medie a materialului lichid în intervalul de la temperatura de topire la temperatura de supraîncălzire specificată, Wh / (kg 0C).

4. Energia necesară pentru încălzirea și topirea materialelor care formează zgura, precum și pentru supraîncălzirea zgurii topite este (W h):

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

unde Gsh - masa de zgură (kg) este luată în raport cu masa deșeurilor încărcate în cuptor și depinde de condițiile tehnologiei care se realizează.

Gsh \u003d 87,63 0,06 \u003d 5,26t.

5. Energia totală a perioadei de topire:

Wpol \u003d W1 + W2 + W3 \u003d 24313152 + 793051.5 + 278301.66 \u003d 25384505.2 W h

Determinarea pierderilor de căldură prin căptușeală:

In timpul functionarii PAL, zidaria refractara a peretilor si a boltii se uzeaza si se subtiaza cu fiecare incalzire. Presupunând că până la sfârșitul campaniei, zidăria se poate uza cu 50% din grosimea inițială, trebuie luată în considerare 0,75 din grosimea zidăriei refractare. Această recomandare nu se aplică căptușelii inferioare.

1. Determinați fluxul termic specific al secțiunii inferioare a peretelui cu o grosime egală cu:

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

2. Coeficientul de conductivitate termică al cărămizii magnezit-cromit:

Temperatura suprafata interioara zidăria refractară este considerată egală cu єС, temperatura aerului ambiental este єС. Temperatura suprafeței exterioare a zidăriei este stabilită în prima aproximare (pentru a determina tср) єС.

3. În aceste condiții, determinăm coeficientul de conductivitate termică:

unde \u003d 31,35 W / (m2K) - coeficientul de transfer termic de la suprafața carcasei.

4. Grosimea secțiunii superioare a peretelui:
5. Setăm temperatura carcasei єС și determinăm coeficientul de conductivitate termică:
6. Suprafața exterioară estimată a fiecărei secțiuni a pereților este egală cu:

7. Pierderea totală de căldură prin pereții cuptorului:

Pentru a determina pierderile specifice, luăm temperatura suprafeței interioare a căptușelii vetrei t1 = 1600ºС și setăm în prima aproximare temperatura căptușelii exterioare, precum și temperatura la marginea straturilor refractare și termoizolante. a căptușelii

8. Pierderi de căldură prin căptușeala depresiune:
9. Pierderi totale de căldură:
10. Pierderi de căldură prin căptușeala acoperișului:

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

11. Pierderea totală de căldură prin căptușeală:

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

12. Pierderea de căldură prin radiație Qred (kW) prin fereastra de lucru a cuptorului este determinată de ecuația:

Qizl = qizl q Fizl

unde qred este pierderea de căldură specifică prin radiație de la o suprafață cu o temperatură transmisă la un mediu cu o temperatură de 200

qmeas = 572 W/m2

c - coeficientul de difracție al deschiderii ferestrei

Fizl - suprafața de primire a căldurii a ușii ferestrei de lucru, m2.

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

Qred \u003d 572 1.417 1 \u003d 810.524 W \u003d 0.811 kW.

13. Pierderile termice ale timpului de oprire prin intertopire Qpr pot fi determinate după cum urmează:

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

unde Qf - pierderi prin căptușeală în timpul perioadei de topire, kW;

Qred - pierderi de radiație prin fereastra de lucru în perioada de topire, kW;

Qg - pierderi ale cuptorului cu gaze în perioada de topire, kW = 3298 kW

Kn.p. - coeficientul pierderilor necontabile, luate de obicei în intervalul 1,1 - 1,2

Ph.D. A.V. Martynov, profesor asociat, Departamentul PTS, MPEI (TU).

Orice instalație este destinată producerii oricărui produs în sensul larg al cuvântului (de la consumator la energie). Acest produs este efectul rezultat (PE) pentru care este creată această instalație. Un produs este un obiectiv care necesită energie pentru a-l atinge. Eficacitatea atingerii acestui scop este determinată de coeficientul acestui obiectiv (K c). Astfel, pentru IES, un astfel de produs este electricitatea; pentru CHP, pe lângă electricitate, este și căldură.

Pentru orice instalatii de incalzire: cazane, cuptoare, radiatoare electrice, efectul benefic (PE) este caldura. Pentru instalațiile frigorifice, PE este rece, pentru instalațiile de oxigen este oxigen, pentru centralele cu azot este azot etc.

Pentru determinare eficienta energetica a oricărei instalații, cu excepția PE primit, este necesar să se țină cont de costul energiei (EE), care este furnizată instalației, pentru a asigura funcționarea acesteia.

Pentru a determina eficiența oricărei instalații, se folosesc adesea coeficienții țintă (K c), ținând cont de PE și GE:

Pentru diferite instalații, acest coeficient K c are nume diferite(Tabelul 1):

1. Deci pentru unitățile frigorifice care produc frig: acesta este coeficientul de performanță:

a) Pentru instalațiile de compresoare de abur:

b) Pentru instalatiile de absorbtie: ;

2. Pentru pompe de căldură: raport de conversie sau transformare: ;

3. Pentru centralele producătoare de energie electrică - factor de eficiență: ;

4. Pentru orice instalații producătoare de căldură - coeficient termic: (Pentru arderea combustibilului ).

Cu toate acestea, există probleme cu rapoartele țintă din cauza faptului că au sensuri diferiteși poate varia în:

0 ≤ K c ≤ ∞

Adică, coeficientul țintă poate fi mai mare decât 1.

Să vedem ce se va întâmpla cu coeficientul țintă pentru o centrală electrică (K p) care funcționează conform ciclului Carnot (Fig. 1):

Orez. 1 Ciclul Carnot ideal.

De aici este clar că .

Astfel, coeficientul de eficiență arată cât de multă muncă (L) poate fi obținută dintr-o anumită cantitate de căldură (Q) cu temperatura T atunci când aceasta este transferată la nivelul ambiental T os. Coeficientul de eficiență are o denumire diferită: ω; τ .

Să luăm orice valoare pentru T. De exemplu, T = 220 ºС. Apoi:

Alte rapoarte țintă

De exemplu, coeficientul de performanță (ε) poate atinge valori mai mari de 100% (poate fi: 150; 200; 250; etc.%).

Pentru pompele de căldură, coeficientul de transformare a căldurii (μ) poate ajunge până la 300; 400; 500% sau mai mult.

Din aceasta rezultă clar că toți coeficienții țintă menționați mai sus, deși reflectă într-o oarecare măsură eficiența energetică, nu sunt eficiență, deoarece. poate lua valori mai mari de 100%.

În consecință, toți coeficienții țintă nu reflectă eficiența reală a centralelor și sistemelor electrice și nu sunt coeficienți acțiune utilă(eficienţă). Acest lucru se datorează faptului că acestea includ diferite tipuri de energie, cum ar fi munca (L), electricitatea (N), căldura (Q) etc.

Dar este evident că toate tipurile de energie au o natură diferită și sunt legate de grupuri diferite, ca:

I. Forma ordonată a energiei (L și N)

II. Formă dezordonată de energie (Q și J).

Prin urmare, cu energie este imposibil diverse grupuri, efectuează diverse operații (aritmetice, algebrice etc.). (De exemplu: Este imposibil, așa cum se face adesea, să împărțiți căldura în muncă sau invers: sau).

De aici, toți coeficienții țintă de mai sus dau, așa cum sa indicat deja, o valoare mai mare de 100%.

Doar eficiența (factorul de eficiență) reflectă în mod obiectiv și corect eficiența unei anumite instalații, aparate, sistem. Valoarea eficienței este întotdeauna în (0 ≤ η ≤ 1), adică nu depășește 100%.

Pentru o instalație ideală - η = 1 (adică eficiența sa este de 100%). Pentru instalații reale 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.

Eficiența oferă o evaluare corectă a eficienței energetice, deoarece. se bazează pe utilizarea tuturor tipurilor de energie redusă la o singură formă, ținând cont de eficiența energiei (exergie):

unde: E - cantitatea de energie;

τ - factor de eficiență, arată cât de multă muncă (L) poate produce o anumită cantitate de energie (E):

Pentru energiile din grupa I (energie ordonată), factorul de eficiență este τ = 1.

În mod similar pentru electricitate (N): τ N = 1.

Pentru energiile din grupa II (energie dezordonată), τ ≠ 1. Deci, pentru căldură (Q), factorul de eficiență depinde de nivelul de temperatură (T) al unei cantități date de căldură: (Fig. 2).

Orez. 2. Limitele de măsurare τ q din T

I. Cazan

Coeficientul termic

II. E-mail stații (ciclul Carnot)

Coeficientul de lucru

(operabilitate)

III. Instalatie frigorifica

Coeficientul de racire

IV. pompa de caldura

Raportul de transformare

V. Schimbător de căldură

Coeficientul schimbătorului de căldură

Exergia (performanța) căldurii:

La T \u003d T os; τ q = 0. Aceasta sugerează că orice cantitate de căldură (Q) la To nu are operabilitate (E), adică. nu poate lucra, (E q = 0).

Pentru orice instalații de energie termică (aparate) în care căldură este produsă sau consumată (Q) la T > Toc, coeficientul de eficiență termică (τ q) este în intervalul de la 0 la 1, adică pentru instalații reale 0< τ q < 1. Поэтому, работоспособность (эксергия) любого количества тепла (Е = Q∙ τ q) всегда меньше данного количества тепла: E < Q.

Exergia (performanța) diferitelor tipuri de energie:

1) Exergie de lucru: E L = L∙τ L = L∙1 = L

(exergia muncii = cantitatea de muncă)

2) Exergie electrică: E N = N∙τ N = N∙1 = N

(power exergy = puteri)

3) exergie termică:

(exergia căldurii depinde de temperatura acesteia și este direct proporțională cu factorul de eficiență τ q (Fig. 2).

Prin urmare, randamentul care reflecta actiunea (D), care este un analog al muncii (L), trebuie sa cuprinda atat la numarator cat si la numitor marimile asociate eficientei energetice, i.e. exergie:

În consecință, doar eficiența exergică reflectă în mod obiectiv eficiența energetică a oricărui dispozitiv, instalație sau sistem. Valorile sale sunt întotdeauna în intervalul 0 ≤ η ≤ 1.

De aici eficiența ciclului Carnot, adică. ciclul ideal va fi egal cu 1 (η = 1):

Evident, η pentru alte instalații va fi, de asemenea, în 0 ≤ η ≤ 1, care este un criteriu pentru evaluarea corectă a eficienței energetice a oricărei instalații și sistem:

Pentru o instalație termică (cazan) (Tabelul 1);

Unde ; ;

T este temperatura căldurii primite;

T T este temperatura de ardere a combustibilului.

Pentru unitatea frigorifica:

; Unde

Pentru pompa de caldura:

; Unde

Pentru încălzitorul solar:

; Unde

Pentru o centrală termică (TPP):

unde N e este puterea centralei electrice;

Q - putere termică;

Q T - căldură furnizată TPP (combustibil, geo, etc.);

Puterea pompelor de circulație.

Folosind metoda exergie, este posibilă modificarea politicii de preț pentru a determina costul căldurii furnizate de la cogenerare. Acum CHPP eliberează căldură fără a ține cont de calitatea acesteia, care depinde de temperatura căldurii degajate. De exemplu, dacă prețul per Gcal este C = 600 ruble/Gcal, atunci când temperatura se schimbă, în conformitate cu programul de temperatură 150 - 70 și scade odată cu creșterea aerului exterior t, temperatura căldurii furnizate de la CHP scade, adică căldura nu mai este furnizată la 150 ºС, ci la t mai mic, adică. 140; 130; 110; 100 etc.

În consecință, exergia acestei călduri scade în funcție de scăderea factorului de eficiență τ q (Tabelul 2).

Prin urmare, prețul pe Gcal al căldurii degajate nu ar trebui să rămână constant, ci ar trebui să scadă odată cu scăderea temperaturii căldurii eliberate în conformitate cu modificările τ q (Fig. 3).

Orez. 3 Modificarea costului căldurii în funcție de nivelul de temperatură al căldurii furnizate.

concluzii

1) Pentru determinarea eficienței energetice se utilizează:

a) coeficienții țintă, care pot dobândi o valoare mai mare de 1;

b) eficiența factorilor de eficiență, care nu poate fi mai mare de 1;

2) Eficiența se determină pe baza metodei exergie, luând în considerare pierderile;

3) Pe baza metodei de analiză exergie, este necesară determinarea politicii de preț pentru căldura furnizată, el. energie și alte forme de energie.

Literatură

1. Sokolov E.Ya., Brodyansky V.M., „Bazele energetice ale proceselor de transformare a căldurii și de răcire”, M., Energoizdat, 1981

2. Brodyansky V.M., „Metoda exergetică de analiză termodinamică”, M., Energy, 1973

Partea complexului energetic care furnizează economia națională cu purtători de energie convertiți include energie electrică și energie termică. Misiunea lor publică ca industrii de infrastructură de bază (împreună cu industriile de combustibil) este să furnizeze securitatea energetică a țării - element esential securitate naționala. La urma urmei, energia este unul dintre principalii factori de producție și formare societate modernăîn general.

Energie- aria economiei, acoperind resursele energetice; generarea, transformarea și utilizarea diferitelor tipuri de energie.

Ingineria energiei termice- o ramură a ingineriei termice care se ocupă cu conversia energiei termice în alte tipuri de energie (mecanică, electrică).

Industria energetică este veriga principală în sectorul energetic al țării. Considerat ca un complex de productie si tehnologic, cuprinde instalatii de producere a energiei electrice, producere in comun (combinata) de energie electrica si termica, precum si de transmitere a energiei electrice catre instalatiile de abonat consumatori.

Electricitate - cea mai progresivă și unică sursă de energie. Proprietățile sale sunt de așa natură încât poate fi transformată în aproape orice formă de energie finală, în timp ce combustibilul utilizat direct în instalațiile de consum, abur și apa fierbinte- numai în energie mecanică și căldură cu potențial diferit.

centrală electrică- o intreprindere industriala care produce energie electrica si asigura transmiterea acesteia catre consumatori prin reteaua electrica.

Furnizare de căldură– asigurarea consumatorilor cu energie termică.

Planta consumatoare de caldura- un set de aparate care folosesc energia termica pentru incalzire, ventilatie, alimentare cu apa calda, aer conditionat si nevoi tehnologice.

Sursa de caldura (energie termica)- o centrala electrica care produce caldura (energie termica)

Funcțiile publice și structura energiei.

Industria energiei electrice este chemată să îndeplinească următoarele funcții publice importante:

Alimentare fiabilă și neîntreruptă a consumatorilor în conformitate cu standardele de stat actuale pentru parametrii de calitate a energiei.

Asigurarea electrificării în continuare a economiei naționale ca proces de extindere a utilizării energiei electrice pentru a obține forme diferite energia finală (mecanică, termică, chimică etc.) și înlocuirea altor purtători de energie cu energie electrică.

Dezvoltarea încălzirii urbane: procesul de termoficare foarte eficient bazat pe generarea combinată de energie electrică și termică.

Implicarea în bilanțul combustibil și energetic al țării (prin producerea de energie electrică) a surselor de energie regenerabilă, combustibil solid de calitate scăzută, energie nucleară. În acest caz, se reduce utilizarea combustibililor rare și de înaltă calitate în industria energiei electrice, în primul rând gazul natural, care găsește mai multe aplicare eficientăîn alte ramuri ale economiei naţionale.

Electricitatea este produsă la centrale de diferite tipuri: termice (TPP), hidraulice (HPP), nucleare (NPP), precum și la instalații care utilizează așa-numitele surse de energie regenerabilă netradițională (NRES). Principalele tipuri de centrale electrice sunt termice, care folosesc cărbune organic, gaz, păcură. Dintre sursele de energie regenerabilă, centralele solare, eoliene, geotermale, instalațiile care funcționează pe biomasă și deșeurile solide municipale sunt cele mai utilizate în lume.

Centralele termice sunt echipate cu unități de putere cu turbine cu abur de diferite capacități și parametri de abur, precum și instalații cu turbine cu gaz (GTU) și cu ciclu combinat (CCGT). Acesta din urmă poate funcționa și pe combustibil solid (de exemplu, cu gazeificare intra-ciclu).

Centralele electrice stau la baza potențialului de producție al industriei rusești de energie electrică. uz comun; ele reprezintă mai mult de 90% din capacitatea de generare. Restul sunt centrale electrice departamentale și surse de energie descentralizate.

În structura energetică a centralelor publice, TPP-urile cu turbine cu abur sunt în frunte (Fig. 1).

Fig 1. Structura capacităților de generare a industriei de energie electrică

Centralele termice includ centralele electrice în condensare (CPP), care generează numai energie electrică, și centralele combinate de căldură și energie (CHP), care asigură generarea combinată de energie electrică și căldură. Gazele naturale joacă un rol decisiv în bilanțul de combustibil al TPP-urilor. Cota sa este de aproximativ 65% și depășește de peste 2 ori ponderea cărbunelui. Participarea combustibililor petrolieri este nesemnificativă (mai puțin de 5%).