Какое топливо имеет наибольший тепловой коэффициент, Какое топливо имеет наибольший тепловой коэффициент тест: подробная информация и сравнение
Например, при подключении электопотребителей через два параллельно работающих трансформатора мощностью S Т НОМ целесообразно отключать один из них, если мощность нагрузки S НГ меньше определённой величины и трансформаторы недостаточно загружены. Тепловой коэффициент, или теплотворная способность, показывает количество тепла, выделяющегося при сжигании единицы вещества. Оно содержит высокую концентрацию углеводородных соединений, среди которых доминируют алканы, но также присутствуют и другие классы соединений, такие как алкены, ароматические углеводороды и серосодержащие соединения.
Какой источник энергии является неисчерпаемым? Какой угольный бассейн России является основным? Печорский; 2. Южно-Якутский; 3.
Донецкий; 4. Кузнецкий А5. Укажите город-центр Печорского бассейна 1. Сыктывкар; 2. Ухта; 3. Воркута; 4. Нарьян-Мар А6. Какой тип электростанций производит наибольшее количество энергии в Росии? АЭС; 2. ГЭС; 3. ТЭС А7. Укажите основную нефтяную базу России 1. Волго-Уральский; 2. Это упрощает конструкцию и эксплуатацию второго контура и обеспечивает сопоставимые технико-экономические показатели двух- и одноконтурных АЭС.
В качестве теплоносителя может использоваться жидкий металл, например, натрий. Это улучшает отвод тепла из реактора, но повышает вероятность аварийной ситуации контакт жидкого натрия с водой проходит при бурном химическом взаимодействии с выделением большого количества тепла. Для предотвращения этого вводится дополнительный промежуточный контур, схема становится трехконтурной.
Это установка, предназначенная для осуществления и поддержания цепной реакции деления тяжёлых ядер при бомбардировке их нейтронами. Примеры конструкции реакторов приведены на рис. Первым отечественным промышленным реактором был водоводяной реактор корпусного типа ВВЭР.
Он состоит из прочного корпуса 1, несущего давление, закрытого крышкой 2 с нажимным кольцом 3 и защитным колпаком 4. Внутри корпуса находится активная зона 5, куда загружается ядерное топливо, размещённое в тепловыделяющих элементах ТВЭЛ. Эти элементы объединяются в кассеты шестигранной или квадратной формы. Оболочка ТВЭЛа предотвращает контакт теплоносителя с топливом и выход продуктов деления в теплоноситель. Для регулирования интенсивности реакции в активную зону вводятся поглотители нейтронов, например, вода или графит.
Управление поглотителями производится по специальной программе с помощью стержневых приводов 6. Теплоноситель лёгкая вода подводится через нижние патрубки 7, опускается вниз между корпусом и цилиндром подвесной корзины 8 и поступает в нижнюю часть активной зоны, где нагревается до заданной температуры. Отвод теплоносителя происходит через верхние патрубки 9. В реакторах большой мощности канального типа с кипящим слоем РБМК теплоносителем является лёгкая вода, а замедлителем - графит Нижняя опорная железобетонная плита 13 поддерживает графит.
Верхняя плита 14 опирается на бак 15 биологической защиты, заполненный водой. Обе плиты объединены цилиндрической стальной обечайкой и вместе представляют собой герметичный корпус. В графите находятся трубы 16 технологических каналов, внутри которых размещены ТВЭЛы 17 и принудительно циркулирует теплоноситель. Некоторые сравнительные характеристики этих реакторов приведены в табл. Кроме рассмотренных водоводяных и водографитовых реакторов на АЭС работают газографитовые реакторы, у которых теплоносителем является газ гелий, углекислый газ , а замедлителем - графит.
В реакторах на быстрых нейтронах, отсутствует замедлитель. Поскольку быстрые нейтроны слабо поглощаются ядерным топливом, используется высокообогащенное топливо, а концентрация делящегося вещества в единице объёма в Это требует интенсивного отвода тепла, что осуществляется путем использования в качестве теплоносителя жидких металлов, например, натрия.
На одноконтурных АЭС эта установка отсутствует, так как теплоноситель одновременно является рабочим телом. В многоконтурных схемах парогенераторы необходимы. Конструкции их многообразны. Для реакторов ВВЭР, например, наибольшее распространение имеют парогенераторы горизонтального типа с естественной многократной циркуляцией.
Их поверхность нагрева выполнена нержавеющими стальными трубками диаметром Трубки находятся внутри корпуса, являющегося резервуаром для воды и пара. Теплоноситель движется внутри трубок, а рабочее тело - в объеме корпуса парогенератора. Пар, образующийся внутри корпуса, выводится по патрубкам и направляется в турбину. Выбор турбины АЭС в значительной степени зависит от типа ядерного реактора. Если реактор выдаёт пар высоких начальных рабочих параметров, то турбины АЭС идентичны турбинам ТЭС при условии, что поступающий в них пар нерадиоактивен.
На АЭС с реакторами, выдающими воду под высоким давлением с дальнейшей генерацией пара в парогенераторе, в турбину поступает насыщенный или слабо перегретый пар. В этом случае турбина имеет конструктивные особенности, связанные с организацией сепарации и промежуточного перегрева пара. Такие особенности имеют, например, турбины одноконтурных АЭС. Надёжность АЭС. Строительство и эксплуатация АЭС невозможны без всеобъемлющего разрешения вопросов надёжности. Радиоактивное излучение опасно.
В определённых дозах оно вызывает серьезные заболевания и смерть людей, приводит к негативному генетическому воздействию. Отработанное ядерное топливо также радиоактивно. В процессе работы АЭС образуются радиоактивные жидкости, газы, твердые вещества.
Все это требует принятия особых мер защиты от возможного облучения и обеспечения высокой надёжности работы АЭС. Важнейшим элементом обеспечения радиоактивной безопасности является биологическая защита реактора и первого контура. Она выполняется в виде толстого слоя бетона несколько метров с внутренними каналами, по которым циркулирует вода или газ. Существенным фактором надёжности АЭС является автоматизация управления режимами работы основного оборудования, дублирование этого оборудования, постоянная готовность и автоматическое включение аварийных систем при возникновении соответствующих ситуаций.
Необходимо соблюдать все предписанные меры безопасности и предосторожности при транспортировке ядерного топлива, загрузке его в реактор и выгрузке из реактора. Особой проблемой является хранение радиоактивных отходов АЭС.
Эту задачу пока нельзя считать полностью разрешенной. Кроме того, необходимо своевременно, полно и объективно информировать население о состоянии АЭС, в том числе и о возникающих аварийных ситуациях.
Перспективы развития атомной энергетики. Ядерная энергетика способна сгладить остроту реально надвигающегося мирового энергетического кризиса. По оценкам учёных запасов органического топлива на планете в необходимых человечеству количествах хватит примерно до середины текущего столетия. Ядерное же горючее, например, для реакторов на быстрых нейтронах, практически неисчерпаемо. Кроме того, сжигание одного грамма каменного угля дает Это почти пропорционально снижает расходы по транспортировке топлива, позволяет строить АЭС без привязки к его месторождениям, достигать большой единичной мощности блоков МВт и более.
АЭС, в отличие от ТЭС, не загрязняют окружающую среду выбросами серы, азота, золы и целого ряда других вредных веществ. Радиационная безопасность на АТЭЦ достигается за счет трехконтурной схемы. Для получения высоких параметров рабочего пара в качестве теплоносителя первого контура на АТЭЦ применяют жидкие металлы.
В этом случае защитная зона составляет 30 км от крупных городов, что требует большой длины теплотрасс, влечёт за собой избыточный расход труб, потери тепла и дополнительные затраты. Проблема во многом решается строительством атомных станций теплоснабжения АСТ , на которых используется отработавшее топливо АЭС. Трехконтурная АСТ может располагаться на расстоянии Таким образом, ядерная энергетика может обеспечивать потребности, как в электрической, так и в тепловой энергии.
Вместе с тем, очевидны и проблемы, связанные со строительством и эксплуатацией АЭС: необходимы жесткие меры по предотвращению возможного радиоактивного заражения в зоне станции; ограничен срок эксплуатации реакторов АЭС в настоящее время около 30…40 лет , после чего необходимо решать вопросы их утилизации; потребность АЭС в больших количествах охлаждающей воды может приводить к нарушению экологического баланса водоёмов; требуют решения проблемы захоронения радиоактивных отходов АЭС.
Объективное сопоставление достоинств и недостатков АЭС позволяет выработать стратегию развития ядерной энергетики. Оптимальным представляется подход, предусматривающий не закрытие работающих и прекращение строительства новы АЭС, а действенные усилия по улучшению технико-экономических характеристик атомных станций и в первую очередь по обеспечению безопасности их работы.
Использование энергии текущей и падающей воды известно издревле. Принцип преобразования этой энергии в электрическую достаточно прост, если учесть, что прообраз гидротурбины, - «водяное колесо», - давно используется людьми.
Остается подключить синхронный генератор. В настоящее время ГЭС представляют собой объекты комплексного назначения, обеспечивающие нужды энергетики, водного транспорта, сельского хозяйства, рыбоводства, коммунального хозяйства и других отраслей.
Понятие "гидравлические станции" включает в себя и морские приливные электростанции ПЭС и гидроаккумулирующие электростанции ГАЭС , которые рассматриваются ниже. ГЭС работают на возобновляемом энергоресурсе, использование которого не истощает топливных запасов Земли. Агрегаты ГЭС обладает очень высокой манёвренностью, способны быстро изменять выдаваемую в энергосистему электрическую мощность.
Таким образом, ГЭС способны эффективно работать в периоды кратковременных максимумов пиков нагрузки. В аварийных условиях дефицита электрической мощности в энергосистеме ГЭС обеспечивают быстрый ввод дополнительной мощности, что значительно повышает надёжность работы всей системы в целом и позволяет уменьшить резервные мощности на ТЭС.
ГЭС лучше других электростанций приспособлена к автоматическому управлению и требуют меньше эксплуатационного персонала, чем аналогичной мощности ТЭС в четыре раза и АЭС в шесть раз. Некоторые ГЭС сравнительно небольшой мощности работают вообще без постоянного обслуживающего персонала полностью в автоматическом режиме.
Однако существует и ряд проблем при использовании ГЭС. Прежде всего, ограниченность гидроэнергетических ресурсов, неравномерность их распределения, в том числе наличие мощных источников гидроэнергии в удалённых и труднодоступных местах. При сооружении ГЭС приходится выполнять большие объемы строительных работ, возводить высокие плотины и т. Оказывает гидроэнергетика и негативное влияние на экологию, что подробнее рассмотрено ниже.
Как и для других типов электростанций, расчёт технико-экономического обоснования строительства ГЭС производится в комплексе задач развитии региона и энергетики в целом.
Наиболее эффективное использование водотока возможно при концентрации перепадов уровней воды на относительно коротком участке.
При наличии естественного водопада решение этой задачи упрощается, однако подобные условия встречаются крайне редко. Для использования падения уровня рек, распределённого по значительной длине водотока, прибегают к искусственному сосредоточению перепада, что может быть осуществлено различиями способами. Приплотинная схема. На равнинных реках с большим расходом воды и малым уклоном сооружают плотины, что обеспечивает подпор уровня водотока рис.
Образующееся при этом водохранилище может использоваться в качестве регулирующей ёмкости, позволяющей периодически накапливать запасы воды и более полно использовать энергию водотока. При этом различают две схемы расположения здания ГЭС: русловая и собственно приплотинная.
Русловая ГЭС. Ее здание входит в состав водонапорных сооружений и воспринимает давление воды со стороны верхнего бьефа. Конструкция здания в этом случае должна удовлетворять всем требованиям устойчивости и прочности, предъявляемым к плотинам. ГЭС с русловым зданием строятся при сравнительно небольших напорах - до 40м.
Классическим примером такой станции является Волжская ГЭС. Приплотинная ГЭС. Ее здание располагается за плотиной и не воспринимает давление воды.
На крупных современных ГЭС такого типа напор доходит до м. Деривационная схема. Сосредоточенный перепад воды получается за счет отвода воды из естественного русла по искусственному водоводу, имеющему меньший продольный уклон. Благодаря этому уровень воды в конце водовода выше, чем в реке. Эта разность уровней и является напором ГЭС. Различают станции с безнапорной и напорной деривацией.
При безнапорной деривации отвод воды от реки осуществляется по открытому каналу или по тоннелю. Для забора воды в деривационный канал в русле реки возводится невысокая плотина, создающая водохранилище. Вода в канал поступает без напора, а сам канал заканчивается напорным бассейном, из которого вода по трубам подаётся к турбинам. Отработавшая вода отводится обратно в русло реки. При нагорной деривации используются напорные трубопроводы, куда вода подается насосами. Из трубопроводов вода поступает к турбинам, а затем возвращается в реку ниже по течению.
Сооружение деривационных ГЭС целесообразно в горной местности при больших уклонах рек и относительно малых расходах воды. В этом случае можно получить напор до метров и, соответственно, большую мощность.
Таким образом,. Для наиболее полного преобразования энергии воды в механическую энергию для всех типов турбин скорость движения лопаток выбирается такой, что на их выходе абсолютная скорость движения воды равна нулю. При этом частота вращения вала турбины. По конструкции различают два класса гидротурбин: активные и реактивные.
В активной турбине используется динамическое давление воды. Потенциальная энергия гидростатического давления в суживающейся насадке превращается в кинетическую энергию движения воды. Это, как правило, высоконапорные турбины. В реактивной турбине используется статическое давление воды при реактивном эффекте, что предпочтительней на равнинных реках с большим расходом воды и относительно малым напором. Наиболее распространенные активные турбины - ковшовые.
Рабочее колесо рис. Оно вращается в воздухе. По окружности диска равномерно расположены ковшовые лопасти 3. Подвод воды осуществляется посредством сопла 4, внутри которого расположена регулирующая игла 5. В соплах энергия воды обращается в кинетическую и, создавая давление на лопатки, приводит во вращение рабочее колесо.
Изменение положения иглы регулирует подачу расход воды и мощность турбины. Конструкции ковшовых турбин разнообразны и отличаются по расположению вала горизонтальное и вертикальное по числу сопл и рабочих колёс на одном валу и т.
Такие турбины используются в диапазоне напора Реактивные турбины по конструкции могут быть поворотно-лопастными рис. Эти турбины работают полностью погружёнными в воду. Энергия воды отдаётся всем лопастям 6 рабочего колеса одновременно. Лопасти крепятся на втулке 7 и могут поворачиваться вокруг своей оси, перпендикулярной оси вала. Вода подаётся на лопатки из спиральной камеры 8 через направляющий аппарат 9. Спиральная камера обеспечивает равномерный подвод воды ко всем лопаткам одновременно, а направляющий аппарат обеспечивает необходимые углы подачи воды.
Двойное регулирование угла подачи вода направляющим аппаратом и поворотом лопастей обеспечивает автоматическое поддержание высокого КПД турбины в широком диапазоне изменения мощности. Поворотно-лопастные турбины используются в диапазоне напоров Их мощность достигает МВт. Наибольшую мощность позволяют получить современные реактивные турбины радиально-осевого типа. Для реактивных турбин особое значение имеет обеспечение бескавитационных условий работы. Кавитация возникает при быстром течении жидкости и попадании ее на препятствие, на лопатки турбины.
При этом в силу определенных процессов могут возникать гидравлические микро удары с давлением до нескольких сотен МПа, что способно разрушить металл и бетон. Снижение кавитации достигается правильным выбором типа турбины в соответствии с напором, её быстроходности, расположением турбины относительно нижнего бьефа, а также применением особо стойких материалов хромоникелевая сталь и их тщательной обработкой.
Учитывая, что вал турбины связан с валом генератора, а частота переменного тока неизменна, частота вращения вала турбины зависит от параметров, входящих в выражение 1.
Обычно при больших напорах используются турбины с малым значением коэффициента быстроходности и наоборот. Синхронные генераторы ГЭС. Конструктивные отличия гидрогенераторов в основном следующие: во-первых, вертикальное расположение вала, что обусловлено компоновкой ГЭС, во-вторых, ротор гидрогенератора обычно выполняется явнополюсным.
Это становится возможным из-за небольшой частоты вращения вала гидрогенератора и, следовательно, сравнительно небольших центробежных сил, действующих на ротор.
Явнополюсная конструкция позволяет уменьшить расход металла и массу ротора. Комплексное использование гидроресурсов. Гидроузел - это сложный инженерно-технический объект. Помимо собственно ГЭС и водохранилища в его состав входят системы безвозвратной подачи воды потребителям промышленным, сельскохозяйственным, бытовым и другим объектам и системы водопользователей, возвращающих воду или вообще не изымающих ее из оборота водотока водный транспорт, рыбоводческие и рыболовные хозяйства и т.
Обычно в состав гидроузла входят шлюзовые системы прохода судов и системы проводки нерестовой рыбы. При этом важнейшей задачей является регулирование речного стока водохранилищами ГЭС. Естественный сток рек очень неравномерен. Например, в половодье за 1…3 месяца проходит Интенсивность стока изменяется также из года в год дожди, засуха.
На эти изменения накладывается неравномерная потребность в электрической энергии, а значит, и в запасах воды. Потребление электроэнергии зависит от времени суток, дня недели, погодных условий, времени года и ещё целого ряда факторов, многие из которых являются случайными. Всё это приводит к необходимости регулирования стока с помощью водохранилищ, где задерживается избыточный естественный приток, когда он превышает спрос потребителей, и расходуется, когда этот спрос больше притока.
Для учета изложенных факторов на практике применяют различные циклы регулирования: суточный, недельный, годичный, многолетний. Разумное планирование всей системы гидроузла в целом, учёт каскадности гидросооружений например, Волжский каскад ГЭС и режима гидропотока способны обеспечить экономический, хозяйственный, социальный эффект значительно выше, чем отдельно взятая ГЭС.
Гидроаккумулирующие ГЭС. Принцип действия ГАЭС рис. В это время вода по водоводу 2 поступает в здание ГАЭС 3 на гидротурбину и затем сбрасывается в нижний бассейн 4, также естественный или искусственный. В ночные часы, когда в энергосистеме имеется избыток мощности, вода из нижнего бассейна закачивается насосами в верхний бассейн.
Запасается энергия для нового цикла работы. Различают ГАЭС чистого аккумулирования и смешанного типа. У ГАЭС чистого или простого аккумулирования верхний бассейн не имеет притока воды. Работа происходит на одном и том же объеме воды, перекачиваемом из нижнего бассейна и срабатываемом в турбинном режиме из верхнего в нижний бассейн. Лишь небольшие потери воды происходят в результате испарения и инфильтрации. У ГАЭС смешанного типа в верхний бассейн имеется приток воды, и станция может работать в турбинном режиме не только за счёт насосной подачи, но и на естественном стоке.
По количеству машин различают четырех-, трех- и двухмашинные схемы агрегатов ГАЭС рис. В их состав входят турбина 5, генератор 6, насос 7, двигатель 8. Двухмашинную схему, при которой на ГАЭС устанавливаются агрегаты, способные выполнять функции, как турбины, так и насоса, и состоящие каждый из обратимой гидромашины и реверсивной электромашины, следует считать наиболее совершенной и экономичной.
Преимущества этой системы: относительно малая металлоемкость, простота эксплуатации, малые габариты машинных залов. ГАЭС выполняют в современных энергосистемах роль маневренной мощности, мобильного резерва, способствуют повышению надёжности электроснабжения и экономии органического топлива. Они используются для покрытия пиковой части графиков электрической нагрузки, для участия в регулировании частоты и мощности, для улучшения режимов работы ТЭС и АЭС. В частности, ГАЭС очень хорошо сочетаются по режиму своей работы с ГРЭС и АЭС, которые неэкономично, технически невозможно и бессмысленно останавливать ночью в период значительного спада электрической нагрузки.
По этому же принципу работают газоаккумулирующие электростанции.
В них рабочим телом является инертный газ, закачиваемый аккумулируемый под большим давлением в емкость обычно, подземные естественные полости. Запасенный таким образом газ работает в газовых турбинах. Основная область применения газотурбинных ГТУ и простейших парогазовых силовых установок ПГУ - покрытие пиковых и полупиковых нагрузок, но эти установки могут использоваться и в длительном режиме работы.
Газотурбинные установки.
В качестве рабочего тела в ГТУ используется смесь продуктов сгорания топлива с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и температуре. В газовой турбине происходит преобразование тепловой энергии газов в кинетическую энергию вращения ротора.
Конструктивно газовые турбины аналогичны паровым, но они более компактны за счет меньшего объёма рабочего тела.
Диапазон мощностей выпускаемых газовых турбин велик - от десятков киловатт для ГТУ на транспорте до МВт для промышленных энергоблоков, например, турбина совместной разработки фирм "Ленинградский Санкт-Петербургский металлический завод" и "Сименс".
Работа ГТУ осуществляется следующим образом. B камеру сгорания 1 рис. Получающиеся в камере сгорания газы 2 с высокой температурой и под большим давлением направляются на рабочие лопатки газовой турбины 3.
Турбина вращает вал электрического генератора 4 и компрессора 5. Компрессор необходим для подачи под давлением воздуха 6 в камеру сгорания. Этот воздух подогревается в регенераторе 7 отработавшими в турбине газами 8, что повышает эффективность сжигания, топлива в камере сгорания. Парогазовые установки. Повысить экономичность установки можно, используя парогазовый цикл. ПГУ рис. Газовая турбина 1 обеспечивает работу генератора 2.
Рабочее тело подается в турбину компрессором 3 через камеру сгорания 4. Отработавший в ГТУ газ с достаточно высокой температурой поступает в топку парового котла 5, вытесняя соответствующее количество сжигаемого топлива. Котел снабжает паром паровую турбину 6, обеспечивающую работу генератора 7. Из турбины конденсат возвращается в паровой котел. В такой схеме используется низконапорный котел с давлением газа в топке около 0,1 МПа, что лишь немного повышает КПД цикла в целом.
Такие системы предполагается широко использовать в ближайшие годы: до года должно быть введено 20…25 МВт мощности. Электростанции связаны друг с другом и отдают электроэнергию в энергосистему региона или страны. Из этой системы получают электроэнергию разнообразные по составу, мощности, режиму работы и другим показателям потребители. Такое объединение в энергосистему позволяет: уменьшить суммарную установленную мощность электростанций; резервировать мощность за счет возможного маневрирования станций разного типа; уменьшить общий расход топлива; увеличить надёжность электроснабжения потребителей за счет дополнительных взаимных связей; повысить экономичность выработки электроэнергии путём оптимального распределения электрических нагрузок между станциями различных типов.
Суммарная электрическая нагрузка группы потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, зависит от многих факторов: состав потребителей, их мощность, режим работы, используемая технология и оборудование, время суток и года, климатические условия и т.
Примерный суточный график электрической нагрузки промышленного района представлен на рис. Для него характерны неизменная за сутки базисная нагрузка Р3; слабопеременная полупиковая нагрузка от Р3 до Р2; пиковая нагрузка Р1. В каждый момент времени в электроэнергетической системе должен существовать баланс вырабатываемой и потребляемой мощности с учетом потерь.
В противном случае режим работы энергосистемы в целом и отдельных ее элементов может стать аварийным вплоть до "развала", то есть полного отключения друг от друга всех источников и потребителей электроэнергии. Для поддержания баланса мощности необходимо регулировать, изменять мощность, генерируемую на электростанциях. Разная мощность и инерционность энергоблоков обусловливают определенные закономерности их использования, как с технической, так и с экономической точки зрения.
Конкретный состав электростанций в регионе может частично менять рассмотренный вариант распределения нагрузок, но общие принципы остаются неизменными.
Рост народонаселения, промышленное и социальное развитие общества требуют значительного увеличения производства энергии. Стоимость добычи и транспортировки топлива постоянно растет, и процесс этот будет продолжаться, так как новые месторождения зачастую находятся в удалённых, труднодоступных районах, на значительной глубине залегания. Все более приходится считаться с влиянием энергетики на окружающую среду и необходимостью существенно уменьшить это влияние.
Поэтому проводятся работы по поиску новых, альтернативных видов источников энергии, в том числе возобновляемых и экологически чистых. Некоторые из этих разработок рассмотрены ниже. Магнитогидродинамические МГД установки. Принцип работы этих установок позволяет непосредственно преобразовывать тепловую энергию в электрическую рис. Между металлическими пластинами 1, расположенными в сильном магнитном поле, пропускается струя 2 ионизированного газа. В соответствии с законом электромагнитной индукции наводится ЭДС, вызывающая протекание электрического тока между электродами внутри канала генератора и во внешней цепи.
Отсутствие в МГД-генераторе движущихся частей позволяет достичь температуры рабочего тела … 0С на входе и обеспечить КПД термического цикла ГД-yстановки могут работать по различиям схемам. Один из вариантов - с ядерным реактором по замкнутому циклу рис. Рабочее тело аргон или гелий с добавлением цезия нагревается в ядерном реакторе или в высокотемпературном теплообменнике 3 и поступает в МГД-канал 4, где тепловая энергия движущейся плазмы превращается в электрическую.
Отработавшие в МГД-канале газы, имеющие температуру около 0С, поступают в парогенератор 5, который обеспечивает работу паротурбинной установки 6. МГД-цикл замыкается через компрессор 7, который возвращает газ в реактор или в теплообменник 3. В стадии технического освоения находится установка мощностью МВт. В этом процессе есть ряд трудностей, сдерживающих темпы внедрения МГД-генераторов: создание магнитных полей с высокой индукцией; достижение высокой проводимости плазмы при температурах до … 0С; создание термо-жаростойких материалов; получение переменного тока, который приходится инвертировать из постоянного, вырабатываемого МГД-установкой.
Тем не менее, разработка и внедрение МГД-генераторов имеет достаточно хорошие перспективы. Термоядерные установки. Создание промышленных установок такого типа способно практически полностью решить проблему получения необходимого количества энергии.
Запас изотопов дейтерия и трития, исходного топлива для термоядерных реакторов, на Земле практически неограничен. В процессе термоядерной реакции выделяется колоссальная энергия. Это происходит на Солнце, а также при взрыве водородной бомбы. Данное состояние топлива должно удерживаться, доли секунды.
Однако технические и научные проблемы пока не позволили создать реальную промышленную термоядерную установку. Солнечные электростанции. Земля получает ежегодно от Солнца Вт энергии, что в раз больше современного уровня потребления. Естественным является преобразование солнечной энергии в тепловую. Такие установки используются человеком издревле. Известен и достаточно простой способ преобразования солнечной энергии в электрическую - с помощью фотоэлементов.
Поэтому работы по созданию солнечных электростанций СЭлС проводятся во многих странах. Особое значение при этом имеет экологическая чистота и возобновляемость такого энергоресурса. Однако существуют значительные трудности по созданию и использованию СЭлС, которые не позволяют пока солнечным электрическим станциям в полном объеме конкурировать с ТЭС и ГЭС.
Это непостоянство солнечного излучения по времени суток, года и в зависимости от погодных условий; низкая плотность излучения у поверхности Земли; недостаточные технические характеристики существующих фотоэлементов и сложность их утилизации. Тем не менее, работы по совершенствованию СЭлС продолжается. Геотермальные станции ГеоТЭС. Такие станции в качестве источника энергии используют тепло земных недр.
Основные типы ГеоТЭС работают на горячей воде под давлением, на воде с паром, на сухом паре или газе петротермальная энергия. В среднем на каждые В некоторых же частях планеты температура достаточно высока в непосредственной близости от поверхности.
В этих местах бьют мощные горячие подземные воды, пар, газ. Здесь могут быть размещены ГеоТЭС. Экологическая чистота, возобновляемость тепловой энергии Земли, достаточная простота конструкции являются несомненными достоинствами ГеоТЭС.
Недостатки геотермальных станций - жесткая привязка к месту выхода тепла на поверхность Земли и ограниченные параметры рабочего тела по давлению и температуре.
Приливные электростанции ПЭС. Современные ПЭС используют фазу прилива и отлива, их агрегаты турбины обратимы и работают при движении воды из моря в залив и наоборот рис.
Такие установки способны работать в турбинном и насосном режиме. Приливная энергия экологически чиста, возобновляема, неизменна в годовом и многолетнем периодах, однако, значительно меняется в течение лунного месяца и может быть использована только в конкретных географических точках на побережьях морей и океанов при наличии необходимого рельефа.
Электростанции, использующие морскую энергию. Энергия волн, течений, градиентов температур и солености морей и океанов может быть преобразована в электрическую. Спроектированы и испытаны несколько типов преобразовательных установок.
Например, турбина "Кориолис" мощностью 80 МВт предназначена для станций, использующих океанические течения. Ветровые электростанции ВЭС. Человек всегда использовал энергию ветра. Преобразование этой энергии в электрическую принципиально весьма просто. Крупнейшая в мире установка мощностью кВт в одном агрегате работала в США с г.
Однако при определённых достоинствах экологическая чистота, возобновляемость, простота и дешевизна использования , энергия ветра имеет и существенные недостатки, ограничивающие строительство ВЭС.
Это большая неравномерность плотности ветровой энергии, зависимость от географических, климатических, метеорологических факторов и др. Поэтому в настоящее время экономически оправданными являются ВЭС ограниченной мощности локального использования.
Приоритет при этом будет отдан газоугольной стратегии, а использование мазута на ТЭС будет снижаться. Из сравнительно новых направлений приоритетными являются МГД-установки. Будет развиваться нетрадиционная энергетика солнечная, приливная, геотермальная , использующая экологически чистые возобновляемые природные ресурсы.
Продолжатся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию и освоению термоядерных установок, термоэлектрических, радиоизотопных, термоэмиссионных, электрохимических генераторов и других агрегатов.
Отдельное и очень важное направления работ - энергосбережение всех видов ТЭР, тепловой и электрической энергии. Произведенная на электрических станциях энергия должна быть передана потребителям с минимальными потерями, часто на значительные расстояния. Общие положения. Основным звеном системы передачи электроэнергии является ЛЭП, а также элементы РУ электрических станций и подстанций. Производство, распределение и потребление электроэнергии осуществляется при разном напряжении.
Шкала номинальных напряжений переменного тока определена ГОСТом: 0,,,, кВ. Бытовые и промышленные потребители в целях электробезопасности работают при напряжении В. Выработка электроэнергии генераторами на станциях осуществляется на напряжении кВ, что продиктовано технико-экономическими соображениям. Передача электроэнергии на большие расстояния происходит при напряжениях Таким образом, при передаче и распределении электрической энергии необходимо изменять трансформировать величину напряжения.
Эту функцию выполняют силовые трансформаторы - повышающие и понижающие. Конструктивно трансформатор содержит первичную обмотку, к которой подводится электрическая энергия, и вторичную обмотку, к которой подключается нагрузка рис.
Обмотки имеют разное число витков w 1 и w 2 и размещаются на магнитопроводе, собранном из листов электротехнической стали. Принцип работы трансформатора основан на том, что переменный электрический ток I1, протекающий в первичной обмотке, вызывает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который наводит во вторичной обмотке переменную ЭДС.
В соответствии с законом электромагнитной индукции мгновенное значение этой ЭДС. При замкнутой вторичной цепи в ней протекает ток I2, величина которого определяется значением Е2 U 2 и сопротивлением нагрузки z НГ. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации:. По аналогичному принципу, но с определёнными конструктивными особенностями, выполняются автотрансформаторы, которые также используются при передаче электрической энергии для повышения и понижения напряжения.
Современные трансформаторы и автотрансформаторы разнообразны по конструкции: однофазные и трёхфазные; сухие, масляные и с негорючим заполнителем бака; трёх- и пяти-стержневые; с герметичным баком и с расширителем для масла и т.
Конструкции трансформаторов, их характеристики, режимы работы подробно рассматриваются в специальных дисциплинах. Нейтральная точка нейтраль источника питания и потребителя нагрузки может быть соединена с землей заземленная нейтраль или изолирована от земли изолированная нейтраль , а отдельные фазы соединяются друг с другом по схеме "звезда" или "треугольник" рис.
Поэтому четвертый проводник, соединяющий нейтральные точки источника и нагрузки, не требуется. Назначение нулевого проводника - получение фазного напряжения В и обеспечение безопасности работы обслуживающего персонала при наличии заземленной нейтрали.
Это значительно повышает безопасность пользователей. Требования к выполнению защитных и рабочих проводников изложены в [1] и рассматриваются в специальных дисциплинах. Известны соотношения фазных и междуфазных линейных значений электрических величин для разных схем:.
На рис. Режим нейтрали электрических сетей рис. При изолированной нейтрали замыкание одного провода ЛЭП на землю в точке «К» не приводит к большому увеличению тока, так как отсутствует замкнутый электрический контур от начала фазной обмотки через точку замыкания к окончанию этой обмотки в точку N. При этом не происходит отключения потребителя и перерыва в его электроснабжении. Такое же замыкание в сети с заземленной нейтралью приводит к резкому возрастанию тока, так как контур C-K-N оказывается замкнутым накоротко через землю.
В этом случае специальные устройства релейной защиты и автоматики мгновенно отключают ЛЭП во избежание повреждения. Потребитель перестает получать по этой линии электроэнергию. Действительно, в схеме рис. Через тело человека начнет протекать значительный ток, величина которого определяется значением междуфазного напряжения ВС и электрическим сопротивлением тела человека. Поражение электрическим током чрезвычайно опасно. В схеме рис. Каждая из рассмотренных схем имеет свою область применения.
Электрические сети напряжением кВ работают с изолированной нейтралью, остальные - с заземленной. Заземление нейтрали в сетях напряжением до В выполняется в целях обеспечения электробезопасности, а в сетях кВ и выше - по экономическим соображениям, связанным со стоимостью изоляции. Подробнее этот вопрос рассматривается в специальных дисциплинах. Конструкция ЛЭП. Подробно эти вопросы рассматриваются в специальных дисциплинах, поэтому ограничимся краткими сведениями.
Основные элементы конструкции воздушных ЛЭП представлены на рис. Это провода, опоры, изоляторы, арматура. Используются неизолированные, в основном многопроволочные провода марки А алюминиевые и АС сталеалюминевые.
Провода АС имеют стальной сердечник 1, несущий механическую нагрузку, поверх которого навит алюминиевый провод. Провода имеют стандартное сечение. Каждому сечению соответствует длительно допустимый ток, а также удельное активное и реактивное сопротивление. Площадь сечения провода ЛЭП напряжением выше В предварительно выбирается по формуле. Полученное значение F округляется до ближайшего стандартного, при этом для воздушных ЛЭП напряжением кВ сечение принимается не менее 70 мм2, а для линий напряжением кВ - не менее мм2, что связано с необходимостью снижения активных потерь мощности при коронном разряде.
В электрических сетях напряжением до В при реконструкции и новом строительстве применяются самонесущие изолированные провода - СИП. Такие провода значительно повышают надёжность ЛЭП и упрощают её конструкцию. Опоры воздушных ЛЭП предназначены для крепления на них проводов при помощи изоляторов и арматуры зажимы, скобы, штыри, крюки и др. Опоры различают по материалу деревянные, стальные, железобетонные , по назначению промежуточные, анкерные, поворотные, угловые, концевые, ответвительные, переходные, специальные и др.
Пример одностоечной деревянной промежуточной опоры приведен на рис. В грунте крепится пасынок 2 деревянный или железобетонный , к которому бандажом 3 стальная лента или проволока жестко крепится непосредственно стойка 4. В верхней части стойки деревянными или металлическими отколами 5 крепится траверза 6, на которой размещаются изоляторы, необходимые для поддержания проводов ЛЭП. Изоляторы выполняются из фарфора, полимеров или закаленного стекла и разделяются на штыревые Ш на напряжение до 35 кВ и подвесные П на напряжение выше 35 кВ.
ЛЭП характеризуется рядом геометрических параметров: длина пролёта, стрела провеса, габарит линии и т. Кабельные ЛЭП имеют проводники 7, изолированные друг от друга и от внешней среды рис. В маркировке кабелей с алюминиевыми проводниками жилами на первом месте указывается буква А. На проводник накладывается изоляция 8: резина Р, винилхлорид В, полиэтилен П, негорючая резина Н, бумага с масляной пропиткой. Многожильные кабели имеют кроме изоляции отдельных жил еще и общую поясную изоляцию 9 из тех же материалов.
Изоляция защищается от внешних воздействий оболочкой резина Р, винилхлорид В, полиэтилен П, алюминий А, свинец С. Бронированные кабели имеют наружную защиту в виде стальной брони В настоящее время всё более широко применяются кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые обладают улучшенными технико-экономическими характеристиками. Например, кабель ААБ - 3x имеет три проводящих алюминиевых жилы сечением по мм2 каждая, бумажную изоляцию, алюминиевую оболочку и стальную броню, покрытую пряжей.
Воздушные и кабельные ЛЭП имеют свои достоинства и недостатки. В соответствии с этим определяется область их применения. Воздушные ЛЭП напряжением 0, КЛЭП напряжением 0,38… кВ применяются для скрытой прокладки в городах, на промышленных объектах, внутри помещений и т. Выбор напряжения ЛЭП. Этот вопрос решается на основании технико-экономических расчетов, основу которых составляет сравнение стоимости ЛЭП разных классов напряжения затраты на сооружение, обслуживание, эксплуатацию, ремонт и стоимости потерь мощности, неизбежных при передаче электроэнергии.
Известно, что эти потери равны. При известной величине полной мощности нагрузки S НГ и выбираемом напряжении ЛЭП UЛ потери мощности в линии обратно пропорциональны квадрату напряжения:. С учётом этого и производится выбор напряжения ЛЭП при заданных значениях передаваемой мощности и длине линии. Для схемы рис. Выработанная на ТЭС или в котельных тепловая энергия передается потребителям по тепловым сетям, основой которых являются трубопроводы.
Классификация теплосетей приведена на рис. Для теплофикации обогрева зданий и помещений преимущественное распространение имеют системы горячего водоснабжения. Вода безопаснее пара в аварийных ситуациях. Водяные системы позволяют организовать централизованное регулирование отпуска тепла.
Системы парового теплоснабжения имеют более высокие параметры теплоносителя, поэтому зачастую они предпочтительней водяных систем для промышленных потребителей. По количеству труб наиболее просты и дёшевы однотрубные системы. Но они пригодны лишь там, где теплоноситель полностью используется потребителем.
Наиболее распространены двухтрубные системы с подающим и обратным трубопроводами. В многотрубных сетях выполняется несколько подающих труб с разными потенциалами теплоносителя и общая обратная труба. Наземная прокладка трубопроводов проще и дешевле, но возможна только при наличии свободной территории. Обычно по трассе прокладки есть подземные участки, например, в черте города, и наземные, например, на территории ТЭЦ и промышленного потребителя.
Радиальные схемы прокладки теплосетей просты и дешевы, но уступают кольцевым по надёжности и маневренности. Участки прокладки теплосетей разделяют следующим образом: магистральные - от источника тепла, например, от ТЭЦ до ввода в микрорайоны, жилые кварталы или на предприятия; распределительные - от магистральных сетей до отдельных зданий или цехов; ответвительные - от распределительных сетей до узлов присоединения к ним систем теплоиспользования отдельных потребителей.
Примеры прокладки трубопроводов приведены на рис. При прокладке в земле наиболее прост бесканальный способ. В грунте подготавливают траншею 1, на дне которой устраивают бетонную подготовку 2, например, плиту. На песчаную подсыпку 3 опускается стальная труба 4. Для антикоррозийной и тепловой изоляции труба покрывается эпоксидной смолой, стеклотканью, битумом, пропитанной специальным составом лентой, затем минеральным покрытием, мастикой, волокнистыми материалами. Сверху труба засыпается грунтом 5.
Оболочки, выполненные из традиционных материалов изола, бризола, гидроизола, рубероида и др. Теплопотери при увлажнении теплоизоляции значительно возрастают. Поэтому срок их службы невелик: асбестоцемент 4…5 лет; рубероид, изол 2…3 года; стеклорубероид 3…4года. Применение новых изолирующих материалов позволяет решить эту проблему: например, применение пенополиуретановой теплоизоляции в гидроизолирующей оболочке снижает тепловые потери в несколько раз.
Долговечность теплоизоляции увеличивается до 30 лет. Она позволяет улучшить эксплуатационные качества теплосетей за счет вентиляции естественной или искусственной через специальные колодцы на трассе , отвода влаги, установки контролирующих и регистрирующих аппаратов.
В проходных каналах, по габаритам позволяющих находиться в них человеку, обслуживание и ремонт теплосетей производится без раскопки грунта и без обязательного отключения потребителей. Отсутствие железобетонных блоков, предохраняющих трубопровод при подземной прокладке от воздействия грунтовых вод и химических активных элементов, компенсируется при этом за счет дополнительного уплотненного покрытия труб, проложенных на открытом воздухе.
Тепловые сети в целом, особенно магистральные, являются сложным и ответственным сооружением. Кроме непосредственно труб они включают в себя колодцы для приборов, арматуры и обслуживания; сальниковые и П-образные компенсаторы температурной и иной деформации; скользящие опоры; дренажные системы и многое другое.
Приёмник электрической энергии - это аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электроэнергии в другой вид энергии [1]. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, электролампа - в световую, электропечь - в тепловую и т.
Работа электроприёмников при иных параметрах отрицательно сказывается на их характеристиках. Поэтому электроприёмники предъявляют определенные требования к качеству электрической энергии. Эти требований отражены в [8] и выполняются, за счет специальных мероприятий. Потребителем электроэнергии называется [1] электроприёмник или группа электроприёмников, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории.
Потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия, строительные площадки, административные и жилые комплексы и т. Потребители характеризуются рядом технико-экономических показателей и подробно изучаются в специальных дисциплинах. В соответствии с [1] потребители электроэнергии относятся к разным группам категориям по степени обеспечения надёжности их электроснабжения. К первой группе относятся потребители, перерыв в электроснабжении которых недопустим, так как связан с угрозой человеческим жизням, возможностью крупных аварий, нарушением обороноспособности страны и т.
Электроснабжение таких потребителей производится от двух независимых источников энергии с автоматическим включением резерва. Отметим, что есть особые потребители, например, система защиты и управления на АЭС, которые для повышения надёжности снабжаются третьим автономным источником питания.
Ко второй группе относятся потребители, перерыв в электроснабжении которых приводит к значительному экономическому ущербу. Такие потребители электроэнергии подключаются к двум независимым источникам питания и допускают перерыв в электроснабжении на время переключения с основного источника на резервный. К этой группе относится большинство промышленных объектов. Все остальные потребители относятся к третьей категории, подключаются к одному источнику питания и допускают перерыв в электроснабжении на время ремонта или замены этого источника.
К этой группе относятся, например, многие коммунальные потребители. С учетом указанных требований к надёжности электроснабжения выполняются схемы подключения потребителей к источникам электроэнергии [7]. Пример такой схемы приведен на рис. По воздушной ЛЭП W1 электроэнергия подается от электростанции или из энергосистемы на главную понизительную подстанцию ГПП предприятия, где трансформатор Т1 понижает напряжение со кВ до 10 кВ.
Эти приемники подключается либо к шинам низкого напряжения цеховой TП, например, двигатель М1, либо к магистральному или распределительному шинопроводу W6 нагрузка S 3 , либо проводом или кабелем к распределительному пункту РП нагрузка S 4.
Высоковольтные двигатели М2, например, компрессорных установок, подключаются на соответствующее напряжение через трансформатор Т5. Выбор, расчет, проверка всех элементов системы электроснабжения рассматриваются в специальных дисциплинах. Определения, аналогичные п. Различие лишь в том, что большинство приемников тепловой энергии не преобразует ее в другие виды, а использует непосредственно.
Потребители тепловой энергии разделяются на теплофикационные отопление, горячая вода и технологические установки сушки, охлаждения, выпарки, ректификации и др. Технологические потребители тепловой энергии изучаются специалистами-теплотехниками и в данном курсе не рассматриваются.
Теплофикационные приемники широко известны: отопительные радиаторы, батареи - чугунные и стальные, ребристые трубы, конвекторы. Системы и схемы распределения и подачи тепла многообразны: естественные и искусственные циркуляционные; с зависимым и независимым присоединением; с верхним и нижним водоразбором; однотрубные и двухтрубные и т. Наиболее распространенные из них приведены на рис. Система отопления с зависимым присоединением используется в зданиях высотой до 12 этажей. Вода из сети от теплового пункта 1 по подающему трубопроводу Т1 поступает непосредственно потребителю.
Тепловой пункт - важное звено в системе централизованного теплоснабжения, связывающее источник тепла ТЭЦ, котельную через тепловую сеть с потребителями и представляющее собой узел присоединения потребителей тепловой энергии к тепловой сети.
Основное назначение теплового пункта - подготовка теплоносителя определенной температура и давления, регулирование этих параметров, поддержание постоянного расхода, учет потребления тепловой энергии. Из трубопровода Т1 теплоноситель поступает в подающую магистраль 2 здания через элеватор 3, который является смесителем поступающей и уходящей воды для обеспечения оптимальной температуры.
Из магистрали 2 теплоноситель подается в отопительные приборы 4. Кран 5 служит для удаления "стравливания" воздуха из системы. Отработавший теплоноситель через обратную магистраль 6 возвращается в обратный теплопровод Т2. Эта схема проста, экономична, но в ней возможно прекращение циркуляции и замерзание воды при аварийном отключении трубопроводов Т1 или Т2.
В системе отопления с независимым присоединением сетевой теплоноситель в теплообменнике 7 нагревает вторичный теплоноситель, который насосом 8 подается в отопительные приборы.
Система имеет расширительный бак 9 для компенсации температурных изменений объема вторичного теплоносителя. Гидросистема здания изолирована от теплосетей, это сложнее, дороже, чем при зависимом присоединении, но для зданий выше 12 этажей в настоящее время является лучшим вариантом. Система горячего водоснабжении с независимым присоединением имеет водонагреватель 10, в котором холодная вода водопровода 11 нагревается до необходимой температуры, а затем подается в краны Системы теплофикации не исчерпываются рассмотренными выше схемами.
Существуют системы воздушного отопления, включая тепловые завесы, системы панельно-лучистого отопления и другие. Для стальных радиаторов, рассматриваемых в примере, число секций определяется по 3. Предварительно по исходным данным, вспомогательным таблицам [3,4] и выражениям 3.
Энергетика оказывает влияние на биосферу. Добыча топлива приводит к эрозии почвы, изменяет экологию региона. Транспортировка всех видов топлива способна нанести вред природе. Об этом свидетельствуют тяжелые аварии на нефте-газопроводах и хранилищах. Угольная и торфяная пыль покрывает широкие придорожные пространства на пути перевозки твердого топлива.
Работа ТЭС приводит к загрязнению воздушного и водного бассейна выбросами двуокиси серы, окиси азота и углерода, радиоактивных элементов, золы.
