Тема 3.4. Энергия, ее виды, способы преобразования.

Энергия, от греческого слова energeia – деятельность или действие, - общая мера различных видов движения и взаимодействия.

Энергия – это количественная мера действия и взаимодействия всех видов материи.

Виды энергии: механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная.

Кинетическая энергия – результат изменения состояния движения материальных тел.

Потенциальная энергия – результат изменения положения частей данной системы.

 

Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.

Электроэнергия энергия – одна из совершенных видов энергии.

Ее широкое применение обусловленно следующими факторами:

· Получение в больших количествах вблизи месторождения ресурсов и водных источнков;

· Возможность транспортировки на дальние расстояния с относительно небольшими потерями;

· Способность трансформации в другие виды энергии: механическую, химическую, тепловую, световую;

· Отсутствие загрязнения окружающей среды;

· Внедрением на основе электроэнергии принципиально новых прогрессивных технологических процессов с высокой степенью автоматизации.

В последнее время, в связи с экологическими проблемами, дефицитом ископаемого топлива и его неравномерным географическим распределением, становится целесообразным вырабатывать электроэнергию используя ветроэнергетические установки, солнечные батареи, малые газогенераторы.

Тепловая энергия широко используется на современных производствах и в быту в виде энергии пара, горячей воды, продуктов сгорания топлива.

Преобразование первичной энергии во вторичную осуществляется на станциях:

· На тепловой электрической станции ТЭС – тепловая;

· Гидроэлектростанции ГЭС – механическая (энергия движения воды);

· Гидроаккумулирующая станция ГАЭС – механическая (энергия движения предварительно наполненной в искусственном водоеме воды);

· Атомная электростанция АЭС – атомная (энергия ядерного топлива);

· Приливной электростанции ПЭС – приливов.

В РБ более 95% энергии вырабатывается на ТЭС, которые по назначению делятся на два типа:

1. Конденсационные тепловые электростанции КЭС, преднозначены для выработки только электрической энергии;

2. Теплоэлектроцентрали ТЭЦ, на которых осуществляется комбинированное производство электрической и тепловой энергии.

Способы получения и преобразования энергии.

Механическая энергия преобразуется в тепловую – трением, в химическую – путем разрушения структуры вещества, сжатия, в электрическую – путем изменения электромагнитного поля генератора.

Тепловая энергия преобразуется в химическую, в кинетическую энергию движения, а эта – в механическую (турбина), в электрическую (термо э.д.с.)

Химическая энергия может быть преобразована в механическую (взрыв), в тепловую (тепло реакции), в электрическую (батарейки).

Электрическая энергия может быть преобразована в механическую (электромотор), в химическую (электролиз), в электромагнитную (электромагнит).

Электромагнитная энергия – энергия Солнца – в тепловую (нагрев воды), в электрическую (фотоэффект → гелиоэнергетика), в механическую (звонок телефона).

Ядерная энергия → в химическую, тепловую, механическую (взрыв), регулируемое деление (реактор) → химическая + тепловая.

ТЭС

ТЭС включает комплект оборудования, в котором внутренняя химическая энергия топлива превращается в тепловую энергию воды и пара, преобразующуюся в ме-ханическую энергию вращения, которая и вырабатывает электрическую энергию.

Поступающие со склада (С) в парогенератор(ПГ) топливо при сжигании выделяет тепловую энергию, которая нагревая подведенную с водозабора(ВЗ)воду, преобразует ее в энергию водяного пара с температурой 550 . В турбине энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращения, передающуюся на генератор(Г), который превращает ее в электрическую. В конденсаторе пара(К) отработанный пар с температурой 123-125 отдает скрытую теплоту парообразования охлаждающей его воде и с помощью циркулярного насоса(Н) в виде конденсатора вновь подается в котел-паронагнетатель.

Схема ТЭЦ отличается от ТЭС тем, что взамен конденсатора устанавливается теплообменник, где пар при значительном давлении нагревает воду подаваемую в главные тепловые магистрали.

АЭС

Схема АЭС зависят от типа реактора; вида теплоносителя; состава оборудования и могут быть одно-, двух-, и трехконтурными.

Одноконтурный АЭС.

Пар отрабатывается непосредственно в реакторе и поступает в паровую турбину. Отработанный пар конденсируются в конденсаторе, и конденсат подается насосом в реактор. Схема проста, экономична. Однако пар на выходе из реактора становится радиоактивным, что предъявляет повышенные требования к биологической защите и затрудняет проведение контроля и ремонта оборудования.

1-атомный реактор;

2-турбина;

3-электрогенератор;

4-конденсатор водяных паров;

5-питательный насос.

Отличие ТЭС от АЭС состоит в том, что источником теплоты на ТЭС является паровой котел, в котором сжигается органическое топливо; на АЭС – ядерный реактор, теплота в котором выделяется делением ядерного топлива, обладающей высокой теплотворной способностью.

Транспортирование тепловой и электрической энергии.

Транспортирование тепловой энергии.

Основными потребителями тепловой энергии являются промышленные предприятиями и жилищно-коммунальное хозяйство.

Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выроботке, транспортировке и использования теплоты.

Снабжение тепловой энергии потребителей(система отопления, вентиляция, горячего водоснабжения и технологических процессов) состоит из 3-х взаимосвязанных процессов: передачи теплоты теплоносителю, транспортировки теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя. Системы теплоснабжения могут быть децентрализованными(местными) и централизованными.

Децентрализованные системы теплоснабжения – это системы, в которых 3 основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуха помещения объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.

Централизованные системытеплоснабжения – это системы, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих зданий, кварталов, районов.

Транспортирование тепловой энергии производится тепловыми сетями.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, изоляционная конструкция, несущая конструкция.

Прокладка трубопроводов производится надземными и подземными способами.

Транспортирование электрической энергии.

Передача электроэнергии от предприятий, вырабатывающих электроэнергию, непосредственным потребителям осуществляется с помощью электрических сетей, представляющих собой совокупность подстанций(повысительных и понизительных), распределительных устройств и соединяющих их электрических линий(воздушных или кабельных), размещенных на территории района, населенного пункта, потребителя электрической энергии.

К основному оборудованию, производящему и распределяющему электроэнергию, относится:

· Синхронные генераторы, вырабатывающие электроэнергию(на ТЭС - турбогенераторы);

· Сборные шины, принимающие электроэнергию от генераторов и распределяющие ее потребителям;

· Коммутационные аппараты-выключатели, включающие и отключающие цепи в нормальных и аварийных условиях, и разъединители, снимающие напряжения с обеспеченных частей электроустановок и создающие видимый разрыв цепи;

· Электроприемники собственных нужд(насосы, вентиляторы, аварийное электрическое освещение и т.д.).

Вспомогательное оборудование предназначено для выполнения функций измерения, сигнализации, защиты и автоматики и т.д.

 

Занятие №11