План лекции
1. Понятие энергии. Виды энергии
2. Топливные и энергетические ресурсы и их классификация
3. Технология производства электроэнергии на электростанциях: циклы основных тепловых электрических станций
1 Понятие энергии. Виды энергии
Энергия (от греч. - действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи.
Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды:
1) механическая энергия - проявляется при взаимодействии, движении Отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах - транспортных и технологических.
2) тепловая энергия – энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.). Для сопоставления различных видов топлива и суммарного учета его запасов принята единица учета - условное топливо, теплота сгорания которого принята за 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кD)
3) Электрическая энергия - энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического токA). Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработкA).
4)Химическая энергия – это энергия, "запасенная" в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами.
Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топливA), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98 %), но низкой емкостью.
5) Магнитная энергия - энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но "отдающих" ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.
Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как "оборотную" сторону другой.
6) Электромагнитная энергия – это энергия электромагнитных волн, Т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.
Таким образом, электромагнитная энергия – это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.
7) Ядерная энергия – энергия, локализованная. В ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).
Бытует и старое название данного вида энергии - атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической.
8) Гравитационная энергия – энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, "запасенная" телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли - энергия силы тяжести.
2 Топливные и энергетические ресурсы и их классификация
Существует несколько подходов к классификации природных ресурсов.
1. По источникам и местоположению: энергетические ресурсы, атмосферные газовые ресурсы, водные ресурсы, ресурсы литосферы, ресурсы растений-продуцентов, ресурсы консументов, ресурсы редуцентов, климатические ресурсы и др.
2. По сфере их использования: производственные (сельскохозяйственные и промышленные), здравоохранительные (или рекреационные), эстетические, научные и др.
3. По принципу используемости человеком в настоящее время (иначе говоря, по техническим возможностям эксплуатации): реальные природные ресурсы используются в настоящее время человеком в производственной деятельности; потенциальные природные ресурсы в настоящее время не используются человеком вообще, либо используются в недостаточной степени (энергия Солнца, морских приливов, ветра и др.).
4. По принципу заменимости: заменимые природные ресурсы можно заменить другими сейчас или в обозримом будущем (все полезные ископаемые, энергоресурсы); незаменимые природные ресурсы нельзя заменить другими природными ресурсами (атмосферный воздух, вода, генетический фонд живых организмоC).
5. По принципу исчерпаемости и возобновимости.
6. По направлению их использования в деятельности человека:
А – непосредственные источники существования людей, их воспроизводства: А1 – жизненно необходимые (воздух, вода, земля и др.); А2 – рекреационные, оздоровительные, эстетические.
В – источники средств материального производства, важнейшие факторы его развития: В1 – ресурсы, непосредственно потребляемые материальным производством (сырье, энергия, материалы); В2 – ресурсы, используемые, но не изымаемые из природной среды (например, вода для речного и морского транспортA).
С – ресурсы, непосредственно человеком и в его материальном производстве не используемые, но составляющие необходимое звено в круговороте вещества и энергии в природе (например, планктон океанов, деструкторы в почве). Также их можно назвать природными условиями.
К материальным ресурсам относят земельные, водные ресурсы, растения, животных, полезные ископаемые.
В реализации производственной деятельности большую роль играют и энергетические ресурсы, которые, как и материальные, делят на первичные и вторичные.
Первичные энергетические ресурсы делят на традиционные и нетрадиционные.
К традиционным энергетическим ресурсам относят атомную (ядерную) энергетику; тепловую энергетику и гидроэнергетику. Предприятия, на которых осуществляется получение энергии (атомные электростанции – АЭС, тепловые электростанции – ТЭС и гидроэлектростанции – ГЭС) вырабатывают практически все то количество энергии, которое обеспечивает производственные и бытовые нужды населения Земли. Часть энергии получают, используя нетрадиционные источники, к которым относится:
1) гелиоэнергетика (станции вырабатывают электроэнергию за счет солнечной радиации);
2) электростанции, использующие энергию морских течений и приливов;
3) геотермальная энергетика – использует энергию горячих подземных вод (на этом основана энергетика в Исландии);
4) ветровая энергетика (когда-то широко применялась, например, при работе ветряных мельниц);
5) моретермальная энергетика – ждет своего применения.
К вторичным энергетическим ресурсам относят:
1. Использование энергии в виде тепла отходящих газов (так, смесь азота, водорода и аммиака, выходящая из колонны синтеза нагревает смесь азота и водорода, поступающую в колонну синтезA). Использование тепла горячей воды, полученной в производственном процессе за счет охлаждения оборудования, в бытовых и других целях. Энергию, полученную за счет сжигания отходов производства (например, уловленные из домны отходящие газы можно использовать как сырье для получения энергии, так как эти газы содержат СО, при сжигании которого выделяется энергия) и т.д.
Полезное ископаемое – минеральное образование, которое используется:
- либо непосредственно в сфере материального производства;
- либо для извлечения химических элементов и их соединений.
Различают:
- твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые;
- горючие полезные ископаемые (энергоносители) и негорючие полезные ископаемые (руды).
К природным горючим ископаемым относятся торф, горючие сланцы, каменные и бурые угли, нефти, природный газ, природные битумы (нефтебитумные породы). Издавна человек использовал такие источники энергии как солнечное излучение, энергию ветра, падающей воды, приливов и отливов и т.д. В последнее десятилетия человек использует и атомную энергию, которая, несмотря на целый ряд ограничивающих условий, получает все большее распространение. Энергия солнца, ветра и других источников привлекает внимание экономически чистые источники энергии.
3 Технология производства электроэнергии на электростанциях: циклы основных тепловых электрических станций
В настоящее время для получения электрической энергии используют следующие типы электростанций:
- тепловые электростанции (ТЭС), которые подразделяются на-конденсационные (КЭС), теплофикационные (теплоэлектроцентрали – ТЭЦ) и газотурбинные (ГТУЭС). Крупные КЭС, обслуживающие потребителей значительного района страны, получили название государственных районных электростанций (ГРЭС);
- гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);
- атомные электростанции (АЭС);
Следующие виды электростанций широко используются в мировой практике:
- гелиоэлектростанции, или солнечные, электростанции (СЭС);
- геотермальные электростанции (ГТЭС);
- дизельные электростанции (ДЭС);
- приливные электростанции (ГТЭС);
- ветроэлектростанции (ВЭС).
Контрольное задание для СРМ
1. Повышение энергетической и экономической эффективности в топливном и энергетическом (ТЭК) и аграрно-промышленном комплексах (АПК).
Список литературы:
1. Дж. Твайделл, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии.- М.: Энергоатомиздат, 1990. – 389 с.
2. Праховник А.В., Розен В.П. Энергетический менеджмент: Учебное пособие. Киев: Нот.ф-ка, 1999.
3. Праховник А.В., Розен В.П. и др. Энергосберегающие режимы электроснабжения горнодобывающих предприятий. – М.: Недра, 1985.
4. Закон РК об энергосбережении