Терміни та визначення з електроенергетики та електрофікації. Загальні поняття енергетики та енергії

11.05.2019

Перше визначення: «Енергетика – паливно-енергетичний комплекс країни; охоплює отримання, передачу, перетворення та використання різних видів енергії та енергетичних ресурсів».

Друге визначення: «Енергетика – галузь господарства, що охоплює енергетичні ресурси, вироблення, перетворення, передачу, збереження (зокрема економію) та використання різних видів енергії. Енергетика - одна з форм природокористування. У перспективі технічно можливий обсяг енергії, що отримується, практично не обмежений. Однак енергетика має суттєві обмеження щодо термодинамічних (теплових) лімітів біосфери. Розміри цих обмежень, мабуть, близькі до кількості енергії, що засвоюється живими організмами біосфери в сукупності з іншими енергетичними процесами, що йдуть на поверхні Землі (подвоєння цих кількостей енергії, ймовірно, катастрофічно або принаймні кризово позначиться на біосфері). Вказаний …
ліміт близький 140 150 10 12 Вт(фотосинтетичні процеси - 104·10 12 Вт, геотермальна енергія - 32·10 12 Вт), але слід враховувати охолодний антропогенний вплив, що оцінюється в 150·10 12 Вт, з якого необхідно віднімати опалювальну дію цієї ж діяльності, що наближається до 100 150 10 12 Вт».

Ще одне поняття: «Електроенергетика – галузь електротехніки, що займається проблемами отримання великих кількостей електричної енергії, передачі цієї енергії на відстань та розподіл її між споживачами. Розвиток електроенергетики йде шляхом будівництва великих електричних станцій (теплових, гідравлічних, атомних), що об'єднуються між собою лініями електропередачі високої напруги в енергетичні системи, покращення техніко-економічних показників обладнання для виробництва, перетворення та передачі енергії».

Енергетика по суті зародившись у XX столітті стала життєзабезпечуючою галуззю діяльності. Розвиток енерговиробництва був із споживанням, утворюючи єдину систему «виробник-споживач». Енерговиробництво не може працювати на склад. Воно нарощується разом із потребою у ній, а брак енергії може гальмувати подальший розвиток цивілізації. Станом початку XXI століття енергетика задовольняє лише близько 80 % загального світового споживання електроенергії. Дефіцит її в окремих регіонах стримує подальший розвиток суспільства, прогрес окремих національностей та країн. Нестача енергоресурсів у регіонах світу впливає не тільки на матеріальний добробут суспільства, а й на політичний клімат, створюючи різні варіанти так званої системної кризи, що провокує збройні конфлікти за володіння та контроль над природними запасами енергоджерел (природний газ, нафту та ін.).

Науково-технічний прогрес неможливий без існування та розвитку енергетики та електрифікації. На підвищення продуктивність праці велике значення має механізація і автоматизація виробничих процесів, тобто. заміна людської праці машинною. Проте переважна більшість технічних засобів механізації та автоматизації має електричну основу. Особливо широке застосування електрична енергія отримала приводу у дію електричних моторів різних механізмів.

Поняття «енергетика» був із ключовим словом «енергія» : «Енергія – загальна міра різних форм руху матерії, які у фізиці. Для кількісної характеристики якісно різних форм руху та відповідних їм взаємодій запроваджують різні види енергії: механічну, внутрішню, гравітаційну, електромагнітну, ядерну тощо. У замкнутій системі виконується закон збереження енергії. У теорії відносності встановлено універсальний зв'язок між повною енергією тіла та його масою: , де з– швидкість світла у вакуумі».

Найчастіше людина користується двома видами енергії - електричною та тепловою. Ці види енергії людству необхідні, причому потреби у них зростають з кожним роком. Водночас запаси традиційних природних палив (нафти, вугілля, газів та ядерного) є кінцевими. Тому на сьогоднішній день важливо знайти вигідні джерела енергії, не лише з погляду дешевизни палива, але й з погляду простоти конструкції, експлуатації, надійності матеріалів, необхідних існування та довговічності електростанцій.

Враховуючи все вищесказане схематично виробництво та споживання тепло- та електроенергії можна представити таким чином (рис.1.1). Існує деяке джерело генерації потенційної енергії 1 (наприклад, казан на ТЕС, реактор на АЕС, гребля на ГЕС). Генерація потенційної енергії відбувається за рахунок хімічних реакцій під час спалювання палива; ядерних реакцій розщеплення атомів урану чи природного кругообігу води у природі. Потенційна енергія перетворюється в механічну енергію обертання ротора парової або гідравлічної турбіни 2. У свою чергу, механічна енергія перетворюється в електричну в електрогенераторі 3. Потім електрична енергія трансформується в зручну для передачі на дальні відстані форму на підстанції 4. , званому електричною станцією 5. По лініях електричних передач 6 (пам'ятайте знамениті «ЛЕП-500 не проста лінія») енергія може передаватися на відстані, що вимірюються сотнями кілометрів до місця споживання. Тут також встановлені підстанції 7 для перетворення електричної енергії у зручну форму для споживання і передачі її споживачеві 8. Наприклад, для побутового споживача необхідно мати електричний струм на вході з параметрами 220 Вта 50 Гц. Теплова енергія, як правило, проводиться на теплових електростанціях 5 і через бойлерні установки 9 тепловими мережами 10 насосами 11 направляється до споживача 8.

Саме таке виробництво тепло- та електроенергії для людини виявилося найбільш зручним та універсальним при споживанні. Звичайно, хотілося б мати більш індивідуальне та зручніше джерело енергії, але його, на жаль, немає. А як було б приємно мати маленьке джерело енергії в кишені, щоб воно завжди було «при мені», і щоб його можна було б по необхідності включати та вимикати для обігріву, освітлення, приготування їжі або для перегляду та прослуховування телевізора, приймача тощо. д. При цьому можна забути про існування величезних малоефективних електростанцій, про видобуток палива для них, про будівництво гребель, що перекривають річки та затоплюють родючі землі. Проте в даний час це лише мрії.

Рис. 1.1. Схема виробництва та споживання тепло- та електроенергій

1 – генератор потенційної енергії; 2 – турбіна; 3 – електрогенератор; 4 – трансформатори електроенергії; 5 – електростанція; 6 – лінії далеких передач; 7 – мережеві підстанції; 8 – споживач; 9 – котельня – бойлерна теплових мереж; 10 – теплові мережі; 11 – мережевий насос.

Проблема енергопостачання прямо чи опосередковано торкається інтересів усіх жителів планети, навіть тих, хто про неї уявлення не має. Людина стала вінцем творіння природи лише з того моменту, коли він став освоювати енергію; спочатку механічну у вигляді паличного важеля. Однак на власній мускулатурі далеко не поїдеш, хоча Архімед і вірив, що можна перевернути весь світ, аби був важіль. Теплова енергія, яка дісталася людині як подарунок від Прометея (за легендою), виявилася благодатнішою за своїми можливостями. Але і вона не змогла забезпечити потреби людини, які постійно зростають. Тільки електроенергія виявилася здатною передаватися великі відстані у великих кількостях і трансформуватися легко і швидко у будь-який інший вид енергії.

Розсудливі керівники держав і суспільств з моменту зародження електроенергетики (кінця ХІХ — початку ХХ століть) зрозуміли, що для забезпечення економічного зростання електроенергетика повинна мати випереджальний розвиток. Це дозволило країнам, що стали на шлях електрифікації, зробити прорив в економічній, науково-технічній, соціальній та культурній сферах. Проте згодом зростання промислово-енергетичного виробництва усупереч екологічними проблемами. Розвиток соціальної та культурної самосвідомості сприяли виникненню ситуації, як у суспільстві почала виникати деяка протидія промислово-енергетичному розвитку. Таким чином, виник зворотний зв'язок, що впливає на економіку. Зростання рівня споживання, що стало можливим завдяки розвитку енергетики, йшов у країнах практично паралельно з недостатнім розвитком розуміння цінності людського життя. У суспільстві формувалася ідея: багате життя у забрудненому природному середовищі абсурдне. Боротьба за чистоту довкілля стала реальним чинником життя багатьох країн. З'явилося практичне наслідки цього у сферах економіки, політики та міжнародних відносин. Наприклад, перенесення енергоємних та брудних виробництв до інших економічно слабо розвинених країн шляхом експорту капіталу.

В енергетиці обговорюється питання – чи можлива в електроенергетиці ринкова конкуренція. Ринкова конкуренція можлива лише між незалежними, які працюють одному напрямку, системами. Система за визначенням це об'єктивна єдність закономірно пов'язаних один з одним предметів, явищ, а також знань про природу та суспільство. У науці та техніці це безліч елементів (вузлів, агрегатів, приладів тощо), понять, що утворюють певну цілісність і підлеглих певному керівному принципу. Що можна як систему в енергетиці? Електроенергія не може проводитись на склад або акумулюватися. Якщо десь увімкнули електродвигун (апарат, лампочку ...), то на електростанції має бути збільшено виробництво електроенергії рівно на стільки ж. Тому в енергетиці виробник закономірно пов'язаний із споживачем і, таким чином, системою тут слід розглядати єдність «виробник – споживач електроенергії». Як можна організувати конкуренцію у такому системному зв'язку? Це буде змова, або обман. Конкуренцію можна організовувати лише між окремими системами, що забезпечують життєдіяльність якоїсь третьої системи. Наприклад, енергомашинобудівні заводи можуть конкурувати між собою під час створення котлів, турбін та іншого обладнання; верстатобудівні заводи та ін. У єдиній системі енергетика є основною твірною будь-якого виробництва. Індивідуальний споживач (людина) також стає залежним від виробника енергії. Тому віддати енергетику до приватних рук це, значить, втратити контроль над країною. Енергетика має бути під державним контролем, як це й робиться у багатьох країнах. У Росії з боку держави нині контроль над енергетикою дещо ослаблений. Більшість електростанцій вже давно виробили свій моторесурс. У зв'язку з цим наша енергетика потребує нових ідей (нових планів ГОЕЛРО), нових розробок, що сприяють подальшому її зльоту, що дасть надію людям в освоєнні нових високих творчих та промислових успіхів.

Енергія - це те, завдяки чому існує життя не тільки на нашій планеті, а й у Всесвіті. При цьому вона може бути дуже різною. Так, тепло, звук, світло, електрика, мікрохвилі, калорії є різними видами енергії. Для всіх процесів, що відбуваються навколо нас, потрібна ця субстанція. Більшість енергії все, що існує на Землі отримує від Сонця, але є й інші її джерела. Сонце передає її нашій планеті стільки, скільки виробили б одночасно 100 млн найпотужніших електростанцій.

Що таке енергія?

Теоретично, висунутої Альбертом Ейнштейном, вивчається взаємозв'язок матерії та енергії. Цей великий учений зміг довести здатність однієї субстанції перетворюватися на іншу. У цьому з'ясувалося, що енергія є найважливішим чинником існування тіл, а матерія вторинна.

Енергія - це, за великим рахунком, здатність виконувати якусь роботу. Саме вона стоїть за поняттям сили, яка здатна рухати тіло або надавати йому нових властивостей. Що означає термін «енергія»? Фізика - це фундаментальна наука, якій присвятили своє життя багато вчених різних епох і країн. Ще Аристотель використав слово «енергія» для позначення діяльності. У перекладі з грецької мови "енергія" - це "діяльність", "сила", "дія", "міч". Вперше це слово з'явилося у трактаті вченого-грека під назвою «Фізика».

У загальноприйнятому зараз сенсі цей термін був узвичаєний англійським вченим-фізиком. Ця знаменна подія сталася в далекому 1807 році. У 50-х роках ХІХ ст. англійський механік Вільям Томсон вперше використав поняття «кінетична енгергія», а 1853 р. шотландський фізик Вільям Ренкін ввів термін «потенційна енергія».

Сьогодні ця скалярна величина є у всіх розділах фізики. Вона є єдиною мірою різних форм руху та взаємодії матерії. Іншими словами, вона є мірою перетворення одних форм на інші.

Одиниці виміру та позначення

Кількість енергії вимірюється Ця спеціальна одиниця в залежності від виду енергії може мати різні позначення, наприклад:

W – повна енергія системи.
Q – теплова.
U – потенційна.

Види енергії

У природі існує безліч різних видів енергії. Основними з них вважаються:

механічна;
електромагнітна;
електрична;
хімічна;
теплова;
ядерна (атомна).

Є й інші види енергії: світлова, звукова, магнітна. Останніми роками дедалі більше вчених-фізиків схиляються до гіпотези існування так званої «темної» енергії. Кожен із перелічених раніше видів цієї субстанції має свої особливості. Наприклад, енергія звуку здатна передаватися з допомогою хвиль. Вони сприяють виникненню вібрації барабанних перетинок у вусі людей та тварин, завдяки якій можна чути звуки. У результаті різних хімічних реакцій вивільняється енергія, необхідна життєдіяльності всіх організмів. Будь-яке паливо, продукти харчування, акумулятори, батареї є сховищем цієї енергії.

Наше світило дає Землі енергію як електромагнітних хвиль. Тільки так вона може подолати простори Космосу. Завдяки сучасним технологіям, таким як сонячні батареї, ми можемо використовувати його з найбільшим ефектом. Надлишки невикористаної енергії акумулюються в спеціальних енергосховищах. Поряд з перерахованими видами енергії часто використовуються термальні джерела, річки, океану, біопаливо.

Механічна енергія

Цей вид енергії вивчається у розділі фізики, що називається «Механікою». Вона позначається буквою Е. Її вимір здійснюється у джоулях (Дж). Що являє собою ця енергія? Фізика механіки вивчає рух тіл і їхню взаємодію друг з одним чи із зовнішніми полями. При цьому енергія, обумовлена рухом тіл, називається кінетичною (позначається Ек), а енергію, обумовлену або зовнішніми полями, називають потенційною (Еп). Сума руху та взаємодії є повною механічною енергією системи.

Для розрахунку обох видів існує загальне правило. Для визначення величини енергії слід обчислити роботу, необхідну для переведення тіла з нульового стану на даний стан. При цьому чим більше робота, тим більшою енергією буде тіло в даному стані.

Поділ видів за різними ознаками

Існує кілька видів розподілу енергії. За різними ознаками її поділяють на: зовнішню (кінетичну та потенційну) та внутрішню (механічну, термічну, електромагнітну, ядерну, гравітаційну). Електромагнітна енергія у свою чергу підрозділяється на магнітну та електричну, а ядерна - на енергію слабкої та сильної взаємодії.

Кінетична

Будь-які тіла, що рухаються, відрізняються наявністю кінетичної енергії. Вона часто так і називається – рушійною. Енергія тіла, що рухається, втрачається при його уповільненні. Таким чином, що швидше швидкість, то більша кінетична енергія.

При зіткненні тіла, що рухається, з нерухомим об'єктом останньому передається частина кінетичної, що приводить і його в рух. Формула кінетичної енергії наступна:

Е к = mv 2: 2,
де m – маса тіла, v – швидкість руху тіла.

У словах цю формулу можна висловити так: кінетична енергія об'єкта дорівнює половині добутку його маси на квадрат його швидкості.

Потенційна

Цим видом енергії володіють тіла, що знаходяться в якомусь силовому полі. Так, магнітна виникає, коли об'єкт перебуває під впливом магнітного поля. Всі тіла, що знаходяться на землі, мають потенційну гравітаційну енергію.

Залежно від властивостей об'єктів вивчення можуть мати різні види потенційної енергії. Так, пружні та еластичні тіла, які здатні витягуватися, мають потенційну енергію пружності чи натягу. Будь-яке падаюче тіло, яке було раніше нерухоме, втрачає потенційну і набуває кінетичної. При цьому величина цих двох видів буде рівнозначною. У полі тяжіння нашої планети формула енергії потенційної матиме такий вигляд:

Е п = mhg,
де m - Маса тіла; h – висота центру маси тіла над нульовим рівнем; g – прискорення вільного падіння.

У словах цю формулу можна висловити так: потенційна енергія об'єкта, що взаємодіє із Землею, дорівнює добутку його маси, прискоренню вільного падіння та висоти, на якій воно знаходиться.

Ця скалярна величина є характеристикою запасу енергії матеріальної точки (тіла), що знаходиться в потенційному силовому полі та йде на придбання кінетичної енергії за рахунок роботи сил поля. Іноді її називають функцією координат, що є складовою в лангранжіані системи (функція Лагранжа динамічної системи). Ця система визначає їхню взаємодію.

Потенційну енергію прирівнюють до нуля певної конфігурації тіл, розташованих у просторі. Вибір зміни визначається зручністю подальших обчислень і називається «нормуванням потенційної енергії».

Закон збереження енергії

Одним із найголовніших постулатів фізики є Закон збереження енергії. Відповідно до нього, енергія нізвідки не виникає і нікуди не зникає. Вона постійно переходить із однієї форми до іншої. Іншими словами, відбувається лише зміна енергії. Так, наприклад, хімічна енергія акумулятора ліхтарика перетворюється на електричну, а з неї - у світлову та теплову. Різні побутові прилади перетворюють електричну на світло, тепло або звук. Найчастіше кінцевим результатом зміни є тепло та світло. Після цього енергія йде в навколишній простір.

Закон енергії здатний пояснити багато вчених стверджують, що загальний обсяг її у Всесвіті постійно залишається незмінним. Ніхто не може створити енергію наново чи знищити. Виробляючи один із її видів, люди використовують енергію палива, падаючої води, атома. При цьому один її вид перетворюється на інший.

У 1918 р. вчені змогли довести, що закон збереження енергії є математичним наслідком трансляційної симетрії часу - величини сполученої енергії. Іншими словами, енергія зберігається внаслідок того, що закони фізики не відрізняються у різні моменти часу.

Особливості енергії

Енергія - це здатність тіла виконувати роботу. У замкнутих фізичних системах вона зберігається протягом усього часу (поки система буде замкнутою) і є одним з трьох адитивних інтегралів руху, що зберігають величину при русі. До них відносяться: енергія, момент Введення поняття «енергія» є доцільним тоді, коли фізична система однорідна в часі.

Внутрішня енергія тел

Вона є сумою енергій молекулярних взаємодій і теплових рухів молекул, що становлять його. Її не можна виміряти безпосередньо, оскільки вона є однозначною функцією стану системи. Завжди, коли система виявляється у цьому стані, її внутрішня енергія має властиве йому значення, незалежно від історії існування системи. Зміна внутрішньої енергії в процесі переходу з одного фізичного стану в інший завжди дорівнює різниці між її значеннями в кінцевому та початковому станах.

Внутрішня енергія газу

Крім твердих тіл, енергію мають гази. Вона є кінетичною енергією теплового (хаотичного) руху частинок системи, яких ставляться атоми, молекули, електрони, ядра. Внутрішньою енергією ідеального газу (математичної моделі газу) є сума кінетичних енергій його частинок. При цьому враховується число ступенів свободи, що є числом незалежних змінних, що визначають положення молекули в просторі.

З кожним роком людство споживає дедалі більшу кількість енергоресурсів. Найчастіше для отримання енергії, необхідної для освітлення та опалення наших будинків, роботи автотранспорту та різних механізмів, використовуються такі викопні вуглеводні, як вугілля, нафта та газ. Вони відносяться до невідновних ресурсів.

На жаль, лише незначна частина енергії видобувається на нашій планеті за допомогою відновних ресурсів, таких як вода, вітер та Сонце. На сьогоднішній день їхня питома вага в енергетиці становить лише 5%. Ще 3% люди одержують у вигляді ядерної енергії, що виробляється на атомних електростанціях.

Мають такі запаси (у джоулях):

ядерна енергія - 2 х 10 24;
енергія газу та нафти - 2 х 10 23 ;
внутрішньо тепло планети - 5 х 10 20 .

Річна величина відновлюваних ресурсів Землі:

енергія Сонця - 2 х 10 24;
вітер - 6 х 10 21;
річки - 6,5 х 1019;
морські припливи - 2,5 х 10 23 .

Тільки при своєчасному переході від використання невідновлюваних запасів енергії Землі до відновлюваних людство має шанс на довге та щасливе існування на нашій планеті. Для передових розробок вчені всього світу продовжують ретельно вивчати різноманітні властивості енергії.

При проектуванні дугової сталеплавильної печі вибір потужності пічного трансформатора проводиться на підставі енергетичного балансу печі в період розплавлення та за результатом цього балансу визначається крім необхідної потужності пічного трансформатора та тривалість розплавлення та питома витрата електроенергії в період розплавлення, тобто. найважливіші параметри печі, що визначають її продуктивність та техніко-економічну ефективність.

Визначення корисної енергії для нагрівання та розплавлення металу та шлаку.

До кінця періоду плавлення за рахунок чаду та фізичних втрат з віддаленим з печі шлаком відбувається втрата деякої частини завантаженого в піч металу. За уточненими даними, ці втрати Кп становлять до 3 % маси брухту.

1. Для отримання заданої кількості рідкого металу в піч необхідно завантажити збільшену кількість скрапу, виходячи із співвідношення:

де Gзагр - маса скрапу, що завантажується в піч;

Gж – маса рідкого металу в кінці періоду плавлення;

Kп - втрати металу по відношенню до маси скрапу, що завантажується в піч,%;

2. Енергія, необхідна для нагрівання та розплавлення скрапу:

W1 = Gзагр · С1 · (tпл - t0) + 0,278 · лж = 87,63 · 179 · (1600-50) + 750 · 0,278 = 24313152 Вт · год

де С1 - середня питома теплоємність матеріалу в інтервалі від початкової

температури до температури плавлення, Вт · ч/(кг · 0С)

tпл – температура плавлення, ос;

tпер – задана температура перегріву, 0С;

лж - прихована теплота плавлення рідкого металу, кДж/кг;

3. Енергія, необхідна для перегріву розплавленого металу (Вт · год):

W2 = Gж · С2 · tпер = 87,63 · 181 · 50 = 793051,5 Вт · год

де С2 – середня питома теплоємність рідкого матеріалу в інтервалі від температури плавлення до заданої температури перегріву, Вт·ч/(кг·0С).

4. Енергія, необхідна для нагрівання та розплавлення шлакоутворюючих матеріалів, а також для перегріву розплавленого шлаку, дорівнює (Вт · год):

W3 = Gш · (Сш · (tпер - tпл) + лш · 0,278) = 5,26 · (34 · (1600-50) + 752 · 0,278) = 278301,66 Вт · год.

де Gш - маса шлаку (кг) приймається по відношенню до маси скрапу, що завантажується в піч і залежить від умов проведеної технології.

Gш = 87,63 · 0,06 = 5,26т.

5. Сумарна енергія періоду розплавлення:

Wпол = W1 + W2 + W3 = 24313152 +793051,5 +278301,66 = 25384505,2 Вт · год

Визначення теплових втрат через футерування:

При роботі ДСП вогнетривка кладка стін та склепіння з кожною плавкою зношується та витончується. Приймаючи, що до кінця компанії кладка може зноситися на 50% первинної її товщини, вводити до уваги 0,75 товщини вогнетривкої кладки. До футерування подини ця рекомендація не відноситься.

1. Визначимо питомий тепловий потік нижньої ділянки стіни при товщині рівної:

0,75 · 0,46 = 0,345м.

2. Коефіцієнт теплопровідності магнезитохромітової цегли:

Температуру внутрішньої поверхні вогнетривкої кладки приймаємо рівною єС, температуру навколишнього повітря єС. Температурою зовнішньої поверхні кладки задаємося у першому наближенні (для визначення tср) єС.

3. За цих умов визначаємо коефіцієнт теплопровідності:

де = 31,35 Вт/(м2К) – коефіцієнт тепловіддачі з поверхні кожуха.

4. Товщина верхньої ділянки стіни:
5. Задаємося температурою кожуха є і визначаємо коефіцієнт теплопровідності:
6. Розрахункова зовнішня поверхня кожної ділянки стін дорівнює:

7. Сумарні теплові втрати через стіни печі:

Для визначення питомих втрат приймаємо температуру внутрішньої поверхні футеровки подини t1=1600єС і задаємося в першому наближенні температурою зовнішнього футерування, а також температурою на межі вогнетривкого та теплоізоляційного шарів футерування

8. Теплові втрати через футерування падини:
9. Сумарні теплові втрати:
10. Теплові втрати через футерування зводу:

t1=tпл=1600"C; t2=20"C

11. Сумарні теплові втрати через футерування:

Qф=Qст+Qсв+ Qпад=189082+227957,23+961652,7=1378691,93Вт=1378,69кВт

12. Теплові втрати випромінюванням Qізл(кВт) через робоче вікно печі визначається за рівнянням:

Qізл = qізл · ц · Fізл

де qізл - питомі теплові втрати випромінюванням з поверхні, що має температуру tізл, в довкілля з температурою 200

qізл = 572 Вт/м2

ц - коефіцієнт дифрагмування віконного отвору

Fізл - теплосприймаюча поверхня дверцята робочого вікна, м2.

Fізл = b · h = 1.374 · 1.031 = 1.417м2

Qізл = 572 · 1,417 · 1 = 810,524Вт = 0,811 кВт.

13. Теплові втрати міжплавкового простою Qпр можна визначити таким чином:

Qпр = (Qф + Qізл + 0,5 Qг) · Kн.п. = (1378,69 +0,811 +0,5 · 3298) · 1,1 = 3331,35кВт

де Qф-втрати через футерування в період розплавлення, кВт;

Qизл- втрати випромінюванням через робоче вікно в період розплавлення, кВт;

Qг - втрати печі з газами під час розплавлення, кВт=3298кВт

Кн.п. - коефіцієнт неврахованих втрат, який зазвичай приймається в межах 1,1 - 1,2

к.т.н. А.В. Мартинов, доцент кафедри ПТЗ МЕІ (ТУ).

Будь-яка установка призначена виготовлення будь-якого продукту у сенсі слова (від споживчого до енергетичного). Цей продукт є отриманим ефектом (ПЕ), заради якого створюється ця установка. Продукт – це мета, досягнення якої потребує витрати енергії. Ефективність досягнення цієї мети визначається коефіцієнтом цієї мети (Кц). Так для КЕС – таким продуктом є електроенергія, для ТЕЦ, крім електроенергії, є і тепло.

Для будь-яких нагрівальних установок: котелень, печей, електропідігрівачів корисним ефектом (ПЕ) є тепло. Для холодильних установок ПЕ є холод, для кисневих установок – кисень, для азотних – азот тощо.

Для визначення енергетичної ефективності будь-якої установки крім отриманого ПЕ необхідно врахувати витрати енергії (ЗЕ), що підводиться до установки, задля її роботи.

Для визначення ефективності будь-якої установки часто використовуються цільові коефіцієнти (К ц), що враховують ПЕ та ЗЕ:

Для різних установок цей коефіцієнт К ц має різні назви (табл. 1):

1. Так для холодильних установок, що виробляють холод: це холодильний коефіцієнт:

а) Для парокомпресорних установок:

б) Для абсорбційних установок: ;

2. Для теплових насосів: коефіцієнт перетворення чи трансформації: ;

3. Для електростанцій, які виробляють електроенергію – коефіцієнт працездатності: ;

4. Для будь-яких установок, що тепловиробляють, - тепловий коефіцієнт: (Для спалюючих паливо ).

Однак, з цільовими коефіцієнтами починаються проблеми, пов'язані з тим, що вони мають різні значення і можуть змінюватися в межах:

0 ≤ К ц ≤ ∞

Тобто цільовий коефіцієнт може бути більшим за 1.

Подивимося, що буде з цільовим коефіцієнтом для електростанції (К р), що працює за циклом Карно (рис. 1):

Рис. 1 Ідеальний цикл Карно.

Звідси видно, що .

Таким чином коефіцієнт працездатності показує скільки роботи (L) можна отримати від даної кількості тепла (Q) з температурою Т при перекладі його на рівень навколишнього середовища Т ос. Коефіцієнт працездатності має різне позначення: ω; τ.

Приймемо будь-яке значення для Т. Наприклад, Т = 220 ºС. Тоді:

Інші цільові коефіцієнти

Наприклад, холодильний коефіцієнт (ε) може досягати значень більше 100% (може становити: 150; 200; 250; і т.д.%).

Для теплових насосів коефіцієнт трансформації тепла (μ) може досягати 300; 400; 500 та більше %.

Звідси ясно, що це вище згадані цільові коефіцієнти, хоч і відбивають певною мірою енергетичну ефективність, але є ККД, т.к. можуть набувати значення більше 100%.

Отже, всі цільові коефіцієнти не відображають реальну ефективність енергетичних установок та систем і не є коефіцієнтами корисної дії (ККД). Це тому, що вони входять різні види енергії, такі, наприклад, як робота (L), електроенергія (N), тепло (Q) тощо.

Але очевидно, що всі види енергії мають різну природу і відносяться до різних груп, таких як:

I. Упорядкований вид енергії (L та N)

ІІ. Невпорядкований вид енергії (Q та J).

Тому не можна з енергією різних груп, робити різні дії (арифметичні, алгебраїчні і т.д.). (Наприклад: Не можна як це часто ділити тепло на роботу або навпаки: або ).

Звідси всі наведені вище цільові коефіцієнти і дають, як уже вказувалося, значення більше 100%.

Тільки ККД (коефіцієнт корисної дії) об'єктивно та правильно відображає ефективність тієї чи іншої установки, апарату, системи. Значення ККД знаходиться завжди в межах (0 ≤ η ≤ 1), тобто. не перевищує значення 100%.

Для ідеальної установки – η = 1 (тобто її ефективність дорівнює 100%). Для реальних установок< 1 (т.е. меньше 100 %). И, естественно, чем ближе η реальных установок к 1, тем больше их эффективность. Малоэффективные установки имеют низкие значения КПД.

ККД дає правильну оцінку енергетичної ефективності, т.к. бузується на використанні всіх видів енергії, приведених до одного виду, що враховує працездатність енергії (ексергії):

де: Е - кількість будь-якої енергії;

τ – коефіцієнт працездатності, що показує кількість роботи (L) може зробити дану кількість енергії (Е):

Для енергій І групи (упорядкованої енергії) коефіцієнт працездатності τ = 1.

Аналогічно для електроенергії (N): τ N = 1.

Для енергій II групи (невпорядкованої енергії) τ ≠ 1. Так для тепла (Q) коефіцієнт працездатності залежить від температурного рівня (Т) даної кількості тепла: (Мал. 2).

Рис. 2. Межі вимірювання q від Т

I. Котла

Тепловий коефіцієнт

ІІ. Ел. станції (цикл Карно)

Коефіцієнт роботи

(працездатності)

ІІІ. Холодильної установки

Холодильний коефіцієнт

IV. Теплового насосу

Коефіцієнт трансформації

V. Теплообмінник

Коефіцієнт теплообмінника

Ексергія (працездатність) тепла:

При Т = Тос; τ q = 0. Це свідчить, що будь-яка кількість тепла (Q) при Т ос не має працездатністю (Е), тобто. неспроможна зробити роботу, (Е q = 0).

Для будь-яких теплоенергетичних установок (апаратів), де виробляється чи споживається тепло (Q) при Т > Тос коефіцієнт працездатності тепла (τ q) перебуває у межах від 0 до 1 тобто. для реальних установок< τ q < 1. Поэтому, работоспособность (эксергия) любого количества тепла (Е = Q∙ τ q) всегда меньше данного количества тепла: E < Q.

Ексергія (працездатність) різних видів енергії:

1) Ексергія роботи: E L = L∙τ L = L∙1 = L

(ексергія роботи = кількості роботи)

2) Ексергія електроенергії: E N = N? N = N?1 = N

(Ексергія потужності = потужності)

3) Ексергія тепла:

(ексергія тепла залежить від його температури і прямо пропорційна коефіцієнту працездатності q (рис 2).

Тому ККД відбиває дію (Д), що є аналогом роботи (L), повинен включити і чисельник і знаменник величини пов'язані з працездатністю енергії, тобто. ексергію:

Отже, лише ексергетичний ККД об'єктивно відбиває енергетичну ефективність будь-якого апарату, установки чи системи. Його значення завжди перебувають у межах 0 ≤ η ≤ 1.

Звідси ККД циклу Карно, тобто. ідеального циклу дорівнюватиме1 (η = 1):

Очевидно, що η і для інших установок будуть в межах 0 ≤ η ≤ 1, що є критерієм правильної оцінки енергетичної ефективності будь-якої установки та системи:

Для теплотехнічної установки (котла) (Табл.1);

де ; ;

Т – температура отриманого тепла;

Т Т – температура горіння палива.

Для холодильної установки:

; де

Для теплового насосу:

; де

Для сонячного нагрівача:

; де

Для теплоелектричної станції (ТЕС):

де N е - Потужність електростанції;

Q – теплопродуктивність;

Q Т – тепло, підведене до ТЕС (паливо, гео тощо);

Потужність циркуляційних насосів.

Використовуючи ексергетичний метод, можна змінити цінову політику щодо визначення вартості тепла, що відпускається, від ТЕЦ. Зараз ТЕЦ відпускає тепло не враховуючи його якість, яка залежить від температури тепла, що відпускається. Наприклад, якщо ціна за Гкал становить Ц = 600 руб/Гкал, то при зміні температури, відповідно до температурного графіка 150 - 70 та його зменшення при підвищенні t зовнішнього повітря температура тепла, що відпускається, від ТЕЦ знижується, тобто. тепло подається вже при 150 ºС, а при нижчих t, тобто. 140; 130; 110; 100 і т.д.

Отже, ексергія цього тепла зменшується відповідно до зменшення коефіцієнта працездатності q (табл. 2).

Тому ціна за Гкал відпущеного тепла не повинна залишатися постійною, а повинна зменшуватися зі зниженням температури, що відпускається, відповідно до змін q (рис.3).

Рис. 3 Зміна вартості тепла в залежності від температурного рівня тепла.

Висновки

1) Для визначення енергетичної ефективності використовується:

а) цільові коефіцієнти, які можуть набувати значення більше 1;

б) коефіцієнти корисної дії ККД, які не можуть бути більшими за 1;

2) ККД визначаються на основі ексергетичного методу, що враховує втрати;

3) На основі ексергетичного методу аналізу необхідно визначити цінову політику на тепло, що відпускається, ел. енергію та інші види енергії.

Література

1. Соколов Є.Я., Бродянський В.М., «Енергетичні основи трансформації тепла та процесів охолодження», М., Енерговидав, 1981

2. Бродянський В.М., «Ексергетичний метод термодинамічного аналізу», М., Енергія, 1973

Частина енергетичного комплексу, що забезпечує народне господарство перетвореними енергоносіями, включає електро- та теплоенергетику. Їхня громадська місія як базових інфраструктурних галузей (поряд з паливними) полягає у забезпеченні енергетичної безпеки країни - найважливіший елемент національної безпеки. Адже енергія – один із головних факторів виробництва та формування сучасного суспільства в цілому.

Енергетика– галузь господарства, що охоплює енергетичні ресурси; вироблення, перетворення та використання різних видів енергії.

Теплоенергетика- Галузь теплотехніки, що займається перетворенням теплової енергії в інші види енергії (механічну, електричну).

Електроенергетикає провідною ланкою енергетики країни.Розглянута як виробничо-технологічний комплекс, вона включає установки для генерування електроенергії, спільного (комбінованого) виробництва електричної та теплової енергії, а також передачі електроенергії до абонентських установок споживачів

Електроенергія - найпрогресивніший і унікальніший енергоносій. Її властивості такі, що вона здатна трансформуватися практично в будь-який вид кінцевої енергії, у той час як паливо, що безпосередньо використовується в споживчих установках, пара та гаряча вода - тільки в механічну енергію та тепло різного потенціалу.

Електрична станція- Промислове підприємство, що виробляє електроенергію та забезпечує її передачу споживачам по електричній мережі.

Теплопостачання- Забезпечення споживачів тепловою енергією.

Теплоспоживаюча установка- Комплекс пристроїв, що використовують теплову енергію для опалення, вентиляції, гарячого водопостачання, кондиціювання повітря та технологічних потреб.

Джерело теплоти (теплової енергії)- енергоустановка, що виробляє тепло (теплову енергію)

Суспільні функції та структура енергетики.

Електроенергетика покликана виконувати такі важливі суспільні функції:

Надійне та безперебійне електропостачання споживачів відповідно до чинних державних стандартів параметрів якості електроенергії.

Забезпечення подальшої електрифікації народного господарства як процесу розширення використання електроенергії для одержання різних форм кінцевої енергії (механічної, теплової, хімічної та ін.) та заміни електрикою інших енергоносіїв.

Розвиток теплофікації міст: процесу високоефективного централізованого теплопостачання на основі комбінованого вироблення електричної та теплової енергії.

Залучення до паливно-енергетичного балансу країни (через виробництво електричної енергії) відновлюваних джерел енергії, низькоякісного твердого палива, ядерної енергії. В цьому випадку в електроенергетиці скорочується використання дефіцитних та високоякісних видів палива, насамперед природного газу, який знаходить ефективніше застосування в інших галузях народного господарства.

Електроенергія виробляється на електростанціях різних типів: теплових (ТЕС), гідравлічних (ГЕС), атомних (АЕС), а також на установках, які використовують так звані нетрадиційні джерела енергії (НВІЕ). Основним типом електростанцій є теплові, у яких використовується органічне паливо вугілля, газ, мазут. Серед НВІЕ найбільшого поширення у світі набули сонячні, вітрові, геотермальні електростанції, установки, що працюють на біомасі та твердих побутових відходах.

Теплові електростанції обладнуються паротурбінними енергоблоками різних потужностей та параметрів пари, а також газотурбінними (ГТУ) та парогазовими (ПГУ) установками. Останні можуть працювати і на твердому паливі (наприклад, із внутрішньою цикловою газифікацією).

Основу виробничого потенціалу електроенергетики Росії становлять електростанції загального користування; ними припадає понад 90% генеруючих потужностей. Решта - відомчі електростанції та децентралізовані енергетичні джерела.

У структурі потужностей електростанцій загального користування лідирують паротурбінні ТЕС (рис. 1).

Рис 1. Структура генеруючих потужностей електроенергетики

Теплові електростанції включають конденсаційні (КЕС), що генерують тільки електроенергію, та теплоелектроцентралі (ТЕЦ), на яких здійснюється комбінована вироблення електроенергії та тепла. У паливному балансі ТЕС визначальну роль відіграє природний газ. Його частка становить близько 65% та перевищує частку вугілля більш ніж у 2 рази. Участь нафтопалива незначна (менше 5%).