При проектировании дуговой сталеплавильной печи выбор мощности печного трансформатора производится на основании энергетического баланса печи в период расплавления и по результатом этого баланса определяется кроме необходимой мощности печного трансформатора и длительность расплавления и удельный расход электроэнергии в период расплавления, т.е. важнейшие параметры печи, определяющие ее производительность и технико-экономическую эффективность.
Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака.
К концу периода плавления за счет угара и физических потерь с удаленным из печи шлаком происходит потеря некоторой части загруженного в печь металла. По уточненным данным эти потери Кп составляют до 3 % массы лома.
1. Для получения заданного количества жидкого металла в печь необходимо загрузить увеличенное количество скрапа, исходя из соотношения:
где Gзагр - масса загружаемого в печь скрапа;
Gж - масса жидкого металла в конце периода плавления;
Kп - потери металла по отношению к массе загружаемого в печь скрапа,%;
2. Энергия, необходимая для нагрева и расплавления скрапа:
W1 = Gзагр · С1 · (tпл - t0) + 0,278· лж= 87,63 · 179 · (1600-50) + 750 · 0,278= 24313152 Вт · ч
где С1 - средняя удельная теплоемкость материала в интервале от начальной
температуры до температуры плавления, Вт · ч/(кг · 0С)
tпл - температура плавления, ос;
tпер - заданная температура перегрева, 0С;
лж - скрытая теплота плавления жидкого металла, кДж/кг;
3. Энергия, необходимая для перегрева расплавленного металла (Вт · ч):
W2 = Gж · С2 · tпер =87,63· 181 · 50 = 793051,5 Вт · ч
где С2 - средняя удельная теплоемкость жидкого материала в интервале от температуры плавления до заданной температуры перегрева, Вт · ч / (кг ·0С).
4. Энергия, необходимая для нагрева и расплавления шлакообразующих материалов, а также для перегрева расплавленного шлака, равна (Вт · ч):
W3 = Gш · (Сш · (tпер - tпл) + лш·0,278)= 5,26 · (34 · (1600-50) + 752·0,278) = 278301,66 Вт · ч.
где Gш - масса шлака (кг) принимается по отношению к массе загружаемого в печь скрапа и зависит от условий проводимой технологии.
Gш =87,63 · 0,06=5,26т.
5. Суммарная энергия периода расплавления:
Wпол = W1 + W2 + W3 = 24313152+793051,5+278301,66 =25384505,2 Вт · ч
Определение тепловых потерь через футеровку:
При работе ДСП огнеупорная кладка стен и свода с каждой плавкой изнашивается и утончается. Принимая, что к концу компании кладка может износиться на 50 % первоначальной ее толщины, вводить в расчет 0,75 толщины огнеупорной кладки. К футеровке подины эта рекомендация не относится.
1. Определим удельный тепловой поток нижнего участка стены при толщине равной:
0,75· 0,46=0,345м.
2. Коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича:
Температуру внутренней поверхности огнеупорной кладки принимаем равной єС, температуру окружающего воздуха єС. Температурой внешней поверхности кладки задаемся в первом приближении (для определения tср) єС.
3. При этих условиях определяем коэффициент теплопроводности:
где = 31,35 Вт/(м2К) - коэффициент теплоотдачи с поверхности кожуха.
- 4. Толщина верхнего участка стены:
- 5. Задаемся температурой кожуха єС и определяем коэффициент теплопроводности:
- 6. Расчетная внешняя поверхность каждого участка стен равна:
7. Суммарные тепловые потери через стены печи:
Для определения удельных потерь принимаем температуру внутренней поверхности футеровки подины t1=1600єС и задаемся в первом приближении температурой внешней футеровки, а также температурой на границе огнеупорного и теплоизоляционного слоев футеровки
- 8. Тепловые потери через футеровку падины:
- 9. Суммарные тепловые потери:
- 10. Тепловые потери через футеровку свода:
t1=tпл=1600"C; t2=20"C
11. Суммарные тепловые потери через футеровку:
Qф=Qст+Qсв+ Qпад=189082+227957,23+961652,7=1378691,93Вт=1378,69кВт
12. Тепловые потери излучением Qизл(кВт) через рабочее окно печи определяется по уравнению:
Qизл = qизл · ц · Fизл
где qизл - удельные тепловые потери излучением с поверхности, имеющей температуру tизл, в окружающую среду с температурой 200
qизл = 572 Вт/м2
ц - коэффициент дифрагмирования оконного проема
Fизл - тепловоспринимающая поверхность дверцы рабочего окна, м2.
Fизл= b· h=1.374 ·1.031=1.417м2
Qизл = 572 · 1,417 · 1 = 810,524Вт=0,811 кВт.
13. Тепловые потери межплавочного простоя Qпр можно определить следующим образом:
Qпр = (Qф + Qизл + 0,5 Qг) · Kн.п.=(1378,69+0,811+0,5·3298) ·1,1=3331,35кВт
где Qф- потери через футеровку в период расплавления, кВт;
Qизл- потери излучением через рабочее окно в период расплавления, кВт;
Qг - потери печи с газами в период расплавления, кВт=3298кВт
Кн.п. - коэффициент неучтенных потерь, принимаемый обычно в пределах 1,1 - 1,2
Введение
ГОСТ 19431-84 (далее – стандарт) устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий в области энергетики и электрификации, относящиеся к производству, передаче, распределению и потреблению электрической энергии и тепла.
Термины, установленные стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.
Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается. Недопустимые к применению термины-синонимы приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены «Ндп».
Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования. Установленные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий.
В стандарте в качестве справочных приведены иностранные эквиваленты для ряда стандартизованных терминов на английском (Е), немецком (D) и французском (F) языках.
Общие понятия
Энергетика Область народного хозяйства, науки и техники, охватывающая энергетические ресурсы, производство, передачу, преобразование, аккумулирование, распределение и потребление различных видов энергии. Электроэнергетика Раздел энергетики, обеспечивающий электрификацию страны на основе рационального расширения производства и использования электрической энергии. Теплоэнергетика Раздел энергетики, связанный с получением, использованием и преобразованием тепла в различные виды энергии. Гидроэнергетика Раздел энергетики, связанный с использованием механической энергии водных ресурсов для получения электрической энергии. Ядерная энергетика Раздел энергетики, связанный с использованием ядерной энергии для производства тепла и электрической энергии. Энергоснабжение (электроснабжение) Обеспечение потребителей энергией (электрической энергией). Теплоснабжение D . Fernwärmeversorgung Обеспечение потребителей теплом. Централизованное электроснабжение Электроснабжение потребителей от энергетической системы. Децентрализованное электроснабжение Электроснабжение потребителя от источника, не имеющего связи с энергетической системой. Централизованное теплоснабжение D . Zentrale Wärmeversorgung Теплоснабжение потребителей от источников тепла через общую тепловую сеть. Децентрализованное теплоснабжение D . Dezentrale Wärmeversorgung Теплоснабжение потребителей от источников тепла, не имеющих связи с общей тепловой сетью. Электрификация Введение электрической энергии в народном хозяйстве и быту. Теплофикация Централизованное теплоснабжение при производстве электрической энергии и тепла в едином технологическом цикле. Энергетическая система Совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и тепла при общем управлении этим режимом. Электроэнергетическая система Находящееся в данный момент в работе электрооборудование энергосистемы и приемников электрической энергии, объединенное общим режимом и рассматриваемое как единое целое в отношении протекающих в нем физических процессов. Структура электропотребления Долевое распределение суммарного электропотребления по типам потребителей. Структура установленной мощности электростанций Долевое распределение суммарной установленной мощности электростанций по их типам или по типам агрегатов.Примечание - Распределение может производиться по стране, району и т.д.
Энергетический баланс Количественная характеристика производства, потребления и потерь энергии или мощности за установленный интервал времени для определенной отрасли хозяйства, зоны энергоснабжения, предприятия, установки. Качество электрической энергии D . Versorgungsqualität; Е . Quality of supply; F . Quality du service Степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных значений показателей качества электрической энергии. Преобразование электрической энергии Е . Conversion of electricity; F . Conversion d’énergie électrique Изменение рода тока, напряжения, частоты или числа фаз. Потребитель электрической энергии (тепла) D . Verbraucher von Electroenergie; Е . Consumer; F . Usager Предприятие, организация, территориально обособленный цех, строительная площадка, квартира, у которых приемники электрической энергии (тепла) присоединены к электрической (тепловой) сети и используют электрическую энергию (тепло). Потребитель-регулятор нагрузки Е . Controllable load; F . Charge modulable Потребитель электрической энергии или тепла, режим работы которого предусматривает возможность ограничения электропотребления или теплопотребления в часы максимума для выравнивания графика нагрузки энергетической системы или электростанции и увеличения нагрузки в часы минимума. Абонент энергоснабжающей организации D . Abnehmer; Е . Consumer; F . Abonné Потребитель электрической энергии (тепла), энергоустановки которого присоединены к сетям энергоснабжающей организации.
Основные виды энергоустановок
Энергоустановка Комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для производства или преобразования, передачи, накопления, распределения или потребления энергии. Электроустановка Энергоустановка, предназначенная для производства или преобразования, передачи, распределения или потребления электрической энергии. Система энергоснабжения Совокупность взаимосвязанных энергоустановок, осуществляющих энергоснабжение района, города, предприятия. Система электроснабжения Совокупность взаимосвязанных энергоустановок, осуществляющих электроснабжение района, города, предприятия. Система теплоснабжения Совокупность взаимосвязанных энергоустановок, осуществляющих теплоснабжение района, города, предприятия. Электростанция D . Kraftwerk; Е . Power station; F . Centrale électrique Энергоустановка или группа энергоустановок для производства электрической энергии или электрической энергии и тепла. Тепловая электростанция (ТЭС) D . Wärmekraftwerk; Е . Conventional thermal power station; F . Cenlrale thermique classique Электростанция, преобразующая химическую энергию топлива в электрическую энергию или электрическую энергию и тепло. Атомная электростанция (АЭС) D . Kernkraflwerk; Е . Nuclear thermal station; F . Centrale thermique nucléaire Электростанция, преобразующая энергию деления ядер атомов в электрическую энергию или в электрическую энергию и тепло. Термоядерная электростанция Электростанция, преобразующая энергию синтеза ядер атомов в электрическую энергию или в электрическую энергию и тепло. Гидроэлектростанция (ГЭС) D . Wasserkraftwerk; Е . Hydroelectric power plant; F . Centrale hydro-électrique Электростанция, преобразующая механическую энергию воды в электрическую энергию. Блок-станция Электростанция, работающая в энергетической системе и оперативно управляемая ее диспетчерской службой, но не входящая в число предприятий системы по ведомственной принадлежности. Линия электропередачи (ЛЭП) D . Elektroenergieübertragungsleitung Электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции, и предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние. Воздушная линия электропередачи (ВЛ) Е . Overhead line; F . Ligne aérienne Линия электропередачи, провода которой поддерживаются над землей с помощью опор, изоляторов. Кабельная линия электропередачи (КЛ) Линия электропередачи, выполненная одним или несколькими кабелями, уложенными непосредственно в землю, кабельные каналы, трубы, на кабельные конструкции. Электрическая подстанция (ПС) Е . Substation (of a power system); F . Poste (d’unréseau electrique) Электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии. Электрическая сеть D . Elektrisches Netz; Е . Electrical network; F . Réseaud’energle électrique Совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их электрических линий, размещенных на территории района, населенного пункта, потребителя электрической энергии. Тепловая сеть D . Fernwärmenetz Совокупность устройств, предназначенных для передачи и распределения тепла к потребителям. Приемник электрической энергии D . Elektrocnergieanwendungsanlage Устройство, в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии для ее использования. Энерготехнологическая установка Энергоустановка для комплексного использования топлива.Примечание - При комплексном использовании топлива производятся: электрическая энергия, химические продукты, а также металлургическое, бытовое и искусственное жидкое топливо.
Основные режимы и параметры работы энергоустановок
Режим работы энергоустановки Характеристика энергетического процесса, протекающего в энергоустановке и определяемого значениями изменяющихся во времени основных параметров этого процесса. Нагрузка энергоустановки потребителя Значение мощности или количества тепла, потребляемых энергоустановкой в установленный момент времени. Мощность электроустановки Суммарная активная мощность, отдаваемая в данный момент времени генерирующей электроустановкой приемникам электрической энергии, включая потери в электрических сетях. Мощность группы электроустановок Суммарная активная мощность, отдаваемая в данный момент времени генерирующей группой электроустановок приемникам электрической энергии, включая потери в электрических сетях. График нагрузки энергоустановки потребителя D . Belastungsfahrplan; F . Courbe de charge Кривая изменений во времени нагрузки энергоустановки потребителя. График продолжительности нагрузки (мощности) энергоустановки потребителя Е . Load duration curve; F . Diagramme des charges classées Кривая, показывающая суммарную длительность данного и большего значения нагрузки (мощности) энергоустановки в течение установленного интервала времени.Примечание - За установленный интервал времени принимают год.
Максимум нагрузки энергоустановки (группы электроустановок) Ндп. Пик нагрузки Наибольшее значение нагрузки энергоустановки потребителя (группы энергоустановок) за установленный интервал времени.
Примечание - За установленный интервал времени принимают сутки, неделю, месяц, год.
Базисный режим электростанции Режим работы электростанции с заданной, практически постоянной, мощностью в течение установленного интервала времени. Маневренный режим электростанции Режим работы электростанции с переменной мощностью в течение установленного интервала времени. Установленная мощность электроустановки Наибольшая активная электрическая мощность, с которой электроустановка может длительно работать без перегрузки в соответствии с техническими условиями или паспортом на оборудование. Ограничение мощности агрегата (электростанции) Ндп. Разрывы мощности Значение вынужденного недоиспользования установленной мощности генерирующего агрегата (электростанции).
Примечание - Снижение мощности из-за ремонтных работ в ограничение мощности не включают.
Располагаемая мощность агрегата (электростанции) Е . Available power station capacity; F . Puissance disponible d’une centrale Установленная мощность генерирующего агрегата (электростанции), за вычетом ограничений его мощности. Рабочая мощность электростанции Располагаемая мощность электростанции, за вычетом мощности оборудования, выведенного в ремонт. Резервная мощность электроустановки Е . Reserve power; F . Puissance de réserve Разность между рабочей мощностью генерирующей электроустановки и мощностью, генерируемой в установленный момент времени. Присоединенная мощность электроустановки Сумма номинальных мощностей трансформаторов и приемников электрической энергии потребителя, непосредственно подключенных к электрической сети. Коэффициент неравномерности графика нагрузки энергоустановки потребителя Отношение минимального значения ординаты графика нагрузки потребителя к максимальному за установленный интервал времени. Коэффициент заполнения графика нагрузки энергоустановки потребителя D . Belastungsfaktor Отношение среднеарифметического значения нагрузки энергоустановки потребителя к максимальному за установленный интервал времени. Коэффициент спроса Отношение совмещенного максимума нагрузки приемников энергии к их суммарной установленной мощности. Коэффициент одновременности D . Gleichzeitigkeitsfaktor Отношение совмещенного максимума нагрузки энергоустановок потребителей к сумме максимумов нагрузки этих же установок за тот же интервал времени. Показатель использования установленной мощности электростанции D . Benutzungsdauer der installierten Leistung; F . Durée d’utilisation de la puissance maximale possible d’un groupe Отношение произведенной электростанцией электрической энергии за установленный интервал времени к установленной мощности электростанции.
Примечание - Показатель использования обычно выражают в часах за год.
Коэффициент использования установленной мощности электроустановки Отношение среднеарифметической мощности к установленной мощности электроустановки за установленный интервал времени. Коэффициент сменности по энергопотреблению Отношение годового количества электроэнергии, потребляемой предприятием, к условному годовому потреблению.
Примечание - Под условным годовым потреблением понижают потребление при работе всех смен и режиме наиболее загруженной смены.
Уровень напряжения в пунктах электрической сети D . Spannungsniveau Значение напряжения в пунктах электрической сети, усредненное по времени или по некоторому числу узлов сети. Замыкающие затраты на топливо (электрическую энергию) Удельные народнохозяйственные затраты на увеличение потребности в различных видах топлива (электрической энергии) в данном районе в установленный интервал времени. Тариф на электрическую энергию (тепло) Е . Tariff; F . Tarif Система ставок, но которым взимают плату за потребленную электрическую энергию (тепло).
Литература
- ГОСТ 19431-84 Энергетика и электрификация. Термины и определения
- ГОСТ 21027-75 Системы энергетические. Термины и определения
- ГОСТ 24291-90 Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения
- ГОСТ Р 54130-2010 Качество электрической энергии. Термины и определения
Энергетика оказывает существенное влияние на промышленность, в особенности в наше время. Для любого производственного предприятия, как, впрочем, и всей городской инфраструктуры, важен стабильный и бесперебойный режим работы. А это уже зависит от эффективной деятельности энергопроизводящих компаний. За этим тщательным образом следят энергетики. Причем данная профессия стала даже престижной, однако на специалиста еще возложена большая ответственность. Но что такое энергетик? Хороший вопрос, который требует продуманного ответа.
Небольшая историческая справка
Вне всякого сомнения, первым энергетиком по праву можно считать человека, который смог открыть и познать природу электрической энергии. Речь идет о Томасе Эдисоне. В конце XIX столетия им была создана целая электрическая станция, где было множество сложных устройств и конструкций, за которыми необходимо неусыпно следить. Немного позднее Эдисон открывает компанию, в которой было налажено производство электрических генераторов, кабелей и лампочек.
И с этого момента времени человечество осознало всю пользу электричества. Появилась потребность в технически грамотных специалистах, которые будут контролировать происходящие процессы на производстве. В наше время электроэнергия - это необходимый атрибут для полноценной деятельности и комфортного существования людей во всем мире.
Страшно даже представить себе, что будет, если все компании, производящую жизненно необходимую электроэнергию, вдруг остановят свою работу из-за аварии. Именно поэтому и стала одной из самых востребованных такая профессия, как энергетик дома (жилого) или какого-либо предприятия.
Важная специальность
Главная особенность данной профессии - это высокая степень риска, ведь человеку приходится по долгу службы иметь дело с высоковольтными приборами и сетями. А здесь есть вероятность получить серьезный удар электрическим током. При этом существует две категории этой профессии:
- обычный специалист;
- инженер-энергетик.
С простым специалистом все понятно - это человек со средним образованием в данной области, который работает по своему профилю не более чем 5 лет и еще пока не получил повышение по должности.
Что касается инженера-энергетика, то здесь все не так просто. Для такого звания нужно высшее образование, а стаж работы должен быть не менее 3 лет. К тому же у него гораздо больше обязанностей, что и делает эту должность более престижной. Именно ее мы и будем рассматривать.
Обязанности энергетика
Выработка тепла или электричества посредством ТЭЦ, АЭС, ГЭС - самая главная сфера на сегодня, за что следует благодарить министерство энергетики многих стран мира. Усилиями многих крупных исследовательских центров ведутся разработки в области получения нового вида энергии. Некоторые способы пока еще только в теории, а до промышленных масштабов и вовсе далеко.
К тому же в настоящее время тепловой и электрический виды энергии легче всего создавать, а также передавать на большие расстояния посредством сетей и распределять их между потребителями.
А так как от тепла и электричества зависит функционирование тех или иных систем и инфраструктуры в частности, необходима бесперебойная работа соответствующего оборудования. Именно в этом и заключается главная обязанность людей данной профессии.
На предприятиях по выработке электрической и тепловой энергии специалист ответственен за организацию и контроль технологического процесса и за его распределение. Помимо этого, он принимает непосредственнее участие в монтаже оборудования и производстве пусконаладочных работ. Немного схожие обязанности и у энергетика ЖКХ.
Энергоустановки промышленного назначения могут представлять серьезную опасность, а поэтому на плечи энергетиков возлагается и обеспечение безопасности при работе с таким оборудованием.
Решение важных задач
Большинство электростанций на территории России были построены более полувека назад, в связи с чем такие объекты нуждаются в срочном техническом перевооружении. И тут перед энергетиками встает сложнейшая задача: как при минимальных затратах можно получить новые генерирующие мощности, которые будут выдавать максимальный КПД?!
На самом производстве таким специалистам тоже имеется подходящая работенка. Обслуживание всех тепловых и электрических распределительных сетей предприятий, включая и такие параметры, как напряжение, давление и температура - это все их прерогатива.
Вот еще небольшой список задач, какие энергетик тоже должен выполнять:
- Ведение контроля над состоянием вверенного оборудования.
- Составление графика потребления электричества и нагрузок.
- Проверка состояния энергозащитных систем и автоматики.
- Обеспечение безопасности на предприятиях.
- Подготовка документации на заключение соглашений в отношении сторонних организаций в сфере оказания услуг и прочих необходимых работ.
- Контроль проведения ремонтных работ оборудования.
- Внедрение опыта зарубежных и более развитых компаний в деятельность предприятия.
- Выполнение поручений вышестоящего руководства, коим является главный инженер-энергетик.
В стране ведется активное техническое перевооружение энергетических объектов, что требует применения самого современного и эффективного оборудования. Энергетикам необходимо учитывать все имеющиеся в наличии технологии, чтобы каждый грамм топлива не сгорал впустую.
Что должен знать специалист
К слову сказать, в городе Братске Энергетик - это жилой район, который строился для рабочих гидроэлектростанции. Впрочем, такое звучное название можно встретить и в других местах России. Но вернемся к нашей теме.
Чтобы человеку стать ведущим специалистом по данному направлению, он обязан получить высшее образование по одному из профилей в сфере энергетики, которых немало. Также ему необходимо ознакомиться со всей нормативно-технической документацией, которая относится к эксплуатируемой энергоустановке. Цена ошибки здесь очень высока!
Помимо этого, специалист должен в подробностях изучить технические характеристики вверенного оборудования и понимать всю суть протекающего в нем технологического процесса. В противном случае невозможно грамотно эксплуатировать оборудование на станциях, котельных и прочих подобных предприятиях.
В наше время активно развиваются информационные технологии. Поэтому специалист должен обладать навыками владения компьютерного оборудования. И речь идет не только о специализированном программном обеспечении, чтобы просматривать или создавать рабочие чертежи. Также это сложные автоматизированные системы управления.
Но что такое энергетик, в чем залог его успеха? Впрочем, это касается любой другой профессии. Это - совершенствование собственных знаний и повышение уровня навыков.
Востребованность на рынке труда
Некоторые профессии перестают быть актуальными, что связано с быстрыми темпами развития технического прогресса и науки. Только это никоим образом не коснется данной специальности. Разве что через несколько десятков лет человечество сможет приручить другие способы получения энергии. Но даже и в этом случае такие люди будут всегда нужны.
Абсолютно все промышленные предприятия нуждаются в электроэнергии и теплоносителе. Поэтому не обойтись без соответствующих служб. Если у кого-то есть еще сомнения, то вот явные подтверждения высокой востребованности:
- Любой вид энергии нужно для начала получить, где это и происходит в тепловых, атомных и гидравлических электростанциях - нужны новые специалисты.
- Всю страну в буквальном смысле опутывают обширные энергетические сети, за которыми нужен своевременный уход, - работа для энергетиков.
- Также нужно установить оборудование, дающее драгоценную энергию, - тоже нужны специалисты.
Перечислять можно очень долго, и на то, чтобы полностью раскрыть, что такое энергетик, уйдет много времени. Тем не менее факт налицо: без таких людей прогресс бы не достиг того совершенства, как сегодня.
Возможные недостатки
В нашем мире у всего есть свои преимущества и недостатки. Пока до сих пор еще не удалось создать что-либо по-настоящему уникальное, что можно назвать одним словом - идеал. То же самое касается и профессий - у каждой свои плюсы и минусы. Что касается энергетиков, то самый очевидный недостаток - это большая ответственность.
К тому же процесс получения и потребления энергии непрерывен. В связи с чем любая ошибка неизбежно приводит к серьезному ущербу. Ничто не совершенен в этом мире, есть люди, которые не отличаются особой внимательностью и бывают рассеяны. В сфере энергетики они долго не задерживаются.
Это та область человеческой жизнедеятельности, которая не потерпит к себе халатного обращения и безразличия. Возможно, для кого-то перечисленные минусы покажутся несущественными. Но тот, кто приобщился к этой профессии, и она ему нравится - это уже навсегда. Он по праву может гордиться своей работой!
Положение дел в отечественной сфере энергетики
По данным министерства энергетики, на территории Российской Федерации энергетика является важной отраслью для развития отечественной промышленности. С электроэнергией непосредственным образом связана экономика страны. Ни одно производство не обходится без такого ценного источника. Однако российская энергетика сталкивается с определенными проблемами. Но разрешаемы ли он? И какие перспективы имеются в этой сфере человеческой деятельности?
Проблемная ситуация
В настоящий момент времени энергетика Россия находится в первой десятке стран мира по объему производимого электричества и наличию крупных запасов энергоресурсов. В последние годы отечественные специалисты пока еще не могут предоставить стоящие разработки. Дело в том, что текущее лидерство обусловлено стараниями проектов, которые были успешно реализованы еще во времена СССР. Первое, что появилось - это ГОЭЛРО, затем АЭС. Одновременно с этим разрабатывались сибирские природные ресурсы.
Главная проблема энергетики России заключается в оборудовании. Средний его возраст на ТЭС насчитывает более 30 лет, при этом 60 % турбин и даже больше свой ресурс уже выработали. ГЭС уже работают более 35 лет, причем лишь 70 % всего оборудования рассчитано на больший срок службы, тогда как остальная часть свое уже отработало.
В результате существенно снижается КПД таких объектов. Как отмечают исследователи, если ничего не предпринимать, то российскую энергетику ожидает полный коллапс.
Альтернативный вариант
Будущие перспективы пока не радуют отечественных энергетиков: согласно произведенной оценке каждый год внутренний спрос на электроэнергию будет увеличиваться на 4 %. Однако с действующими мощностями решить задачу такого прироста очень сложно.
Однако выход есть, и он заключается в активной разработке альтернативной энергетики. Что под этим понимается? Это установки по выработке энергии (в основном электрической) посредством таких источников:
- солнечный свет;
- ветер.
В последнее время вопросом изучения и освоения альтернативных способов в области энергетики занимаются многие страны по всему миру. Обычные источники недешевы, а ресурсы рано или поздно закончатся. Более того, работа таких объектов, как ТЭС, ГЭС, АЭС влияет на экологическую обстановку всей планеты. В марте 2011 года случалась крупная авария на АЭС Фукусима, причиной которой послужило сильное землетрясение с образованием цунами.
Подобный инцидент был и на Чернобыльской АЭС, но лишь после происшествия в Японии многие государства стали отказываться от атомной энергетики.
Энергия солнца
Что характерно для данного направления, так это безграничные запасы, ведь солнечный свет - это неисчерпаемый и возобновляемый источник, который всегда будет, пока живет солнце. А его ресурса хватит еще на протяжении нескольких миллиардов лет.
Вся его энергия возникает в самом центре - ядре. Именно здесь атомы водорода преобразуются в молекулы гелия. Данный процесс протекает при колоссальных значениях давления и температуры:
- 250 миллиардов атмосфер (25,33 триллиона кПа).
- 15,7 миллиона °C.
Именно благодаря солнцу на земле присутствует жизнь в самых разнообразных формах. Поэтому развитие энергетики в данном направлении позволит человечеству выйти на новый уровень. Ведь это позволит отказаться от использования топлива, некоторые его виды весьма токсичны. К тому же изменится уже ставший привычным ландшафт: больше не будет высоких труб тепловых электростанций и саркофагов АЭС.
Но что куда приятнее - исчезнет зависимость от закупок сырья. Ведь солнце светит круглый год, и оно везде.
Сила ветра
Здесь идет речь о преобразовании кинетической энергии воздушной массы, коей полно в атмосфере, в другой ее вид: электрическую, тепловую и прочую, которая будет уместна для применения в человеческой деятельности. Освоить силу ветра можно при помощи таких средств, как:
- Ветрогенератор для производства электроэнергии.
- Мельницы - получение механической энергии.
- Парус - для применения в транспортных средствах.
Подобного вида альтернативная энергетика, вне всякого сомнения, может стать успешной отраслью по всему миру. Как и солнце, ветер - это тоже неисчерпаемый, но, что самое главное, тоже возобновляемый источник. В конце 2010 года суммарная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватта. А количество произведенного электричества - 430 тераватт-часов. Это 2,5 % от всего объема электроэнергии, произведенной человечеством.
Некоторые страны уже стали применять такую технологию на практике по производству электричества:
- Дания - 28 %.
- Португалия - 19 %.
- Ирландия - 14 %.
- Испания - 16 %.
- Германия - 8 %.
Наряду с этим ведется освоение геотермальной энергетики. Ее суть заключается в производстве электричества посредством энергии, что содержится в недрах земли.
Заключение
Несмотря на радужные перспективы, сможет ли альтернативная энергетика полностью вытеснить традиционные методики? Многие оптимисты склоняются к общему мнению: да, так и должно произойти. И пусть не сразу, но это вполне возможно. Пессимисты же придерживаются иного взгляда.
Кто будет прав, покажет время, и нам остается надеяться на лучшее будущее, которое мы сможем оставить нашим детям. Но пока нас будет продолжать интересовать вопрос о том, что такое энергетик, значит, еще не все потеряно!
к.т.н. А.В. Мартынов, доцент кафедры ПТС МЭИ (ТУ).
Любая установка предназначена для производства какого – либо продукта в широком смысле слова (от потребительского до энергетического). Этот продукт является полученным эффектом (ПЭ), ради которого создаётся данная установка. Продукт – это цель, достижение которой требует затраты энергии. Эффективность достижения этой цели определяется коэффициентом этой цели (К ц). Так для КЭС – таким продуктом является электроэнергия, для ТЭЦ кроме электроэнергии – является и тепло.
Для любых нагревательных установок: котельных, печей, электроподогревателей полезным эффектом (ПЭ) – является тепло. Для холодильных установок ПЭ – является холод, для кислородных установок – кислород, для азотных – азот и т.д.
Для определения энергетической эффективности любой установки кроме полученного ПЭ необходимо учесть затраты энергии (ЗЭ), которая подводится к установке, для обеспечения её работы.
Для определения эффективности любой установки часто используются целевые коэффициенты (К ц), учитывающие ПЭ и ЗЭ:
Для разных установок этот коэффициент К ц имеет разные названия (табл. 1):
1. Так для холодильных установок, производящих холод: это - холодильный коэффициент:
а) Для парокомпрессорных установок: ,
б) Для абсорбционных установок: ;
2. Для тепловых насосов: коэффициент преобразования или трансформации: ;
3. Для электростанций, производящих электроэнергию – коэффициент работоспособности: ;
4. Для любых теплопроизводящих установок - тепловой коэффициент: (Для сжигающих топливо 
).
Однако, с целевыми коэффициентами начинаются проблемы, связанные с тем что они имеют разные значения и могут изменяться в пределах:
0 ≤ К ц ≤ ∞
Т.е целевой коэффициент может быть больше 1.
Посмотрим, что будет с целевым коэффициентом для электростанции (К р), работающей по циклу Карно (рис. 1):
Рис. 1 Идеальный цикл Карно.
Отсюда видно, что .
Таким образом коэффициент работоспособности показывает какое количество работы (L) можно получить от данного количества тепла (Q) с температурой Т при переводе его на уровень окружающей среды Т ос. Коэффициент работоспособности имеет различное обозначение: ω; τ .
Примем любое значение для Т. Например Т = 220 ºС. Тогда:
Другие целевые коэффициенты
Например, холодильный коэффициент (ε) может достигать значений более 100 % (может составлять: 150; 200; 250; и т.д. %).
Для тепловых насосов коэффициент трансформации тепла (μ) может достигать и 300; 400; 500 и более %.
Отсюда ясно, что все выше упомянутые целевые коэффициенты, хотя и отражают в какой-то степени энергетическую эффективность, но не являются КПД, т.к. могут принимать значения более 100%.
Следовательно, все целевые коэффициенты не отражают реальную эффективность энергетических установок и систем и не являются коэффициентами полезного действия (КПД). Это происходит потому, что в них входят различные виды энергии, такие, например, как работа (L), электроэнергия (N), тепло (Q) и т.д.
Но очевидно, что все виды энергии имеют различную природу и относятся к разным группам, таким как:
I. Упорядоченный вид энергии (L и N)
II. Неупорядоченный вид энергии (Q и J).
Поэтому нельзя с энергией различных групп, производить различные действия (арифметические, алгебраические и т.д.). (Например: Нельзя как это часто делается делить тепло на работу или наоборот: или ).
Отсюда все вышеприведённые целевые коэффициенты и дают, как уже указывалось, значение больше 100%.
Только КПД (коэффициент полезного действия) объективно и правильно отражает эффективность той или иной установки, аппарата, системы. Значения КПД находится всегда в пределах (0 ≤ η ≤ 1), т.е. не превышает значения 100 %.
Для идеальной установки - η = 1 (т.е. её эффективность равна 100%). Для реальных установок η < 1 (т.е. меньше 100 %). И, естественно, чем ближе η реальных установок к 1, тем больше их эффективность. Малоэффективные установки имеют низкие значения КПД.
КПД дает правильную оценку энергетической эффективности, т.к. бузируется на использовании всех видов энергии, приведённых к одному виду, учитывающему работоспособность энергии (эксергии):
где: Э – количнство любой энергии;
τ – коэффициент работоспособности, показывает какое количество работы (L) может произвести данное количество энергии (Э):
Для энергий I группы (упорядоченной энергии) коэффициент работоспособности τ = 1.
Аналогично и для электроэнергии (N): τ N = 1.
Для энергий II группы (неупорядоченной энергии), τ ≠ 1. Так для тепла (Q) коэффициент работоспособности зависит от температурного уровня (Т) данного количества тепла: 
(Рис. 2).
Рис. 2. Пределы измерения τ q от Т
I. Котла
Тепловой коэффициент
II. Эл. станции (цикл Карно)
Коэффициент работы
(работоспособности)
III. Холодильной установки
Холодильный коэффициент
IV. Теплового насоса
Коэффициент трансформации
V. Теплообменника
Коэффициент теплообменника
Эксергия (работоспособность) тепла:
.
При Т = Т ос; τ q = 0. Это говорит о том, что любое количество тепла (Q) при Т ос не обладает работоспособностью (Е), т.е. не может произвести работу, (Е q = 0).
Для любых теплоэнергетических установок (аппаратов), где производится или потребляется тепло (Q) при Т > Тос коэффициент работоспособности тепла (τ q) находится в пределах от 0 до 1 т.е. для реальных установок 0 < τ q < 1. Поэтому, работоспособность (эксергия) любого количества тепла (Е = Q∙ τ q) всегда меньше данного количества тепла: E < Q.
Эксергия (работоспособность) различных видов энергии:
1) Эксергия работы: E L = L∙τ L = L∙1 = L
(эксергия работы = количеству работы)
2) Эксергия электроэнергии: E N = N∙τ N = N∙1 = N
(эксергия мощности = мощности)
3) Эксергия тепла: 
(эксергия тепла зависит от его темпераьуры и прямо пропорциональна коэффициенту работоспособности τ q (рис 2).
Поэтому КПД отражающий действие (Д), которое является аналогом работы (L), должен включить и в числитель и в знаменатель величины связанные с работоспособностью энергии, т.е. эксергию:
Следовательно, только эксергетический КПД объективно отражает энергетическую эффективность любого аппарата, установки или системы. Его значения всегда находятся в пределах 0 ≤ η ≤ 1.
Отсюда КПД цикла Карно, т.е. идеального цикла будет равен1 (η = 1):
.
Очевидно, что η и для других установок будут находится в пределах 0 ≤ η ≤ 1, что является критерием правильной оценки энергетической эффективности любой установки и системы:
Для теплотехнической установки (котла) 
(табл.1);
где 
; 
;
Т – температура полученного тепла;
Т Т – температура горения топлива.
Для холодильной установки:
; где 
Для теплового насоса:
; где 
Для солнечного нагревателя:
; где 
Для теплоэлектрической станции (ТЭС):
,
где N э – мощность электростанции;
Q – теплопроизводительность;
Q Т – тепло, подведённое к ТЭС (топливо, гео и т.д.);
Мощность циркуляционных насосов.
Используя эксергетический метод, можно изменить ценовую политику по определению стоимости отпускаемого тепла от ТЭЦ. Сейчас ТЭЦ отпускает тепло не учитывая его качество, которое зависит от температуры отпускаемого тепла. Например, если цена за Гкал составляет Ц = 600 руб/Гкал, то при изменении температуры, в соответствии с температурным графиком 150 – 70 и его уменьшении при повышении t наружного воздуха температура отпускаемого тепла от ТЭЦ понижается, т.е. тепло подается уже не при 150 ºС, а при более низких t, т.е. 140; 130; 110; 100 и т.д.
Следовательно, эксергия этого тепла уменьшается в соответствии с уменьшением коэффициента работоспособности τ q (табл. 2).
Поэтому цена за Гкал отпущенного тепла не должна оставаться постоянной, а должна уменьшаться с понижением температуры, отпускаемого тепла в соответствии с изменениями τ q (рис.3).
Рис. 3 Изменение стоимости тепла в зависимости от температурного уровня, отпускаемого тепла.
Выводы
1) Для определения энергетической эффективности используется:
а) целевые коэффициенты, которые могут приобретать значение больше 1;
б) коэффициенты полезного действия КПД, которые не могут быть больше 1;
2) КПД определяются на основе эксергетического метода, учитывающего потери;
3) На основе эксергетического метода анализа необходимо определить ценовую политику на отпускаемое тепло, эл. энергию и другие виды энергии.
Литература
1. Соколов Е.Я., Бродянский В.М., «Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения», М., Энергоиздат, 1981 г.
2. Бродянский В.М., «Эксергетический метод термодинамического анализа», М., Энергия, 1973 г.
Энергия - это то, благодаря чему существует жизнь не только на нашей планете, но и во Вселенной. При этом она может быть очень разной. Так, тепло, звук, свет, электричество, микроволны, калории представляют собой различные виды энергии. Для всех процессов, происходящих вокруг нас, необходима эта субстанция. Большую часть энергии все сущее на Земле получает от Солнца, но имеются и другие ее источники. Солнце передает ее нашей планете столько, сколько бы выработали одновременно 100 млн самых мощных электростанций.
Что такое энергия?
В теории, выдвинутой Альбертом Эйнштейном, изучается взаимосвязь материи и энергии. Этот великий ученый смог доказать способность одной субстанции превращаться в другую. При этом выяснилось, что энергия является самым важным фактором существования тел, а материя вторична.
Энергия - это, по большому счету, способность выполнять какую-то работу. Именно она стоит за понятием силы, способной двигать тело или придавать ему новые свойства. Что же означает термин «энергия»? Физика - это фундаментальная наука, которой посвятили свою жизнь многие ученые разных эпох и стран. Еще Аристотель использовал слово «энергия» для обозначения деятельности человека. В переводе с греческого языка «энергия» - это «деятельность», «сила», «действие», «мощь». Первый раз это слово появилось в трактате ученого-грека под названием «Физика».
В общепринятом сейчас смысле данный термин был введен в обиход английским ученым-физиком Это знаменательное событие произошло в далеком 1807 году. В 50-х годах XIX в. английский механик Уильям Томсон впервые использовал понятие «кинетическая энгергия», а в 1853 г. шотландский физик Уильям Ренкин ввел термин «потенциальная энергия».
Сегодня эта скалярная величина присутствует во всех разделах физики. Она является единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи. Другими словами, она представляет собой меру преобразования одних форм в другие.
Единицы измерения и обозначения
Количество энергии измеряется Эта специальная единица в зависимости от вида энергии может иметь разные обозначения, например:
- W - полная энергия системы.
- Q - тепловая.
- U - потенциальная.
Виды энергии
В природе существует множество самых разных видов энергии. Основными из них считаются:
- механическая;
- электромагнитная;
- электрическая;
- химическая;
- тепловая;
- ядерная (атомная).
Есть и другие виды энергии: световая, звука, магнитная. В последние годы все большее число ученых-физиков склоняются к гипотезе о существовании так называемой «темной» энергии. Каждый из перечисленных ранее видов данной субстанции имеет свои особенности. Например, энергия звука способна передаваться при помощи волн. Они способствуют возникновению вибрации барабанных перепонок в ухе людей и животных, благодаря которой можно слышать звуки. В ходе различных химических реакций высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности всех организмов. Любое топливо, продукты питания, аккумуляторы, батарейки являются хранилищем этой энергии.
Наше светило дает Земле энергию в виде электромагнитных волн. Только так она может преодолеть просторы Космоса. Благодаря современным технологиям, таким как солнечные батареи, мы можем использовать ее с наибольшим эффектом. Излишки неиспользованной энергии аккумулируются в особых энергохранилищах. Наряду с вышеперечисленными видами энергии часто используются термальные источники, реки, океана, биотопливо.
Механическая энергия
Этот вид энергии изучается в разделе физики, называемом «Механикой». Она обозначается буквой Е. Ее измерение осуществляется в джоулях (Дж). Что собой представляет эта энергия? Физика механики изучает движение тел и взаимодействие их друг с другом либо с внешними полями. При этом энергия, обусловленная движением тел, называется кинетической (обозначается Ек), а энергию, обусловленную или внешних полей, именуют потенциальной (Еп). Сумма движения и взаимодействия представляет собой полную механическую энергию системы.
Для расчета обоих видов существует общее правило. Для определения величины энергии следует вычислить работу, необходимую для перевода тела из нулевого состояния в данное состояние. При этом чем больше работа, тем большей энергией будет обладать тело в данном состоянии.
Разделение видов по разным признакам
Существует несколько видов разделения энергии. По разным признакам ее делят на: внешнюю (кинетическую и потенциальную) и внутреннюю (механическую, термическую, электромагнитную, ядерную, гравитационную). Электромагнитная энергия в свою очередь подразделяется на магнитную и электрическую, а ядерная - на энергию слабого и сильного взаимодействия.
Кинетическая
Любые движущиеся тела отличаются наличием кинетической энергии. Она часто так и называется - движущей. Энергия тела, которое движется, теряется при его замедлении. Таким образом, чем быстрее скорость, тем больше кинетическая энергия.
При соприкосновении движущегося тела с неподвижным объектом последнему передается часть кинетической, приводящая и его в движение. Формула энергии кинетической следующая:
- Е к = mv 2: 2,
где m — масса тела, v - скорость движения тела.
В словах эту формулу можно выразить следующим образом: кинетическая энергия объекта равна половине произведения его массы на квадрат его скорости.
Потенциальная
Этим видом энергии обладают тела, которые находятся в каком-либо силовом поле. Так, магнитная возникает, когда объект находится под действием магнитного поля. Все тела, находящиеся на земле, обладают потенциальной гравитационной энергией.
В зависимости от свойств объектов изучения они могут иметь различные виды потенциальной энергии. Так, упругие и эластичные тела, которые способны вытягиваться, имеют потенциальную энергию упругости либо натяжения. Любое падающее тело, которое было ранее неподвижно, теряет потенциальную и приобретает кинетическую. При этом величина этих двух видов будет равнозначна. В поле тяготения нашей планеты формула энергии потенциальной будет иметь следующий вид:
- Е п =
mhg,
где m — масса тела; h - высота центра массы тела над нулевым уровнем; g - ускорение свободного падения.
В словах эту формулу можно выразить так: потенциальная энергия объекта, взаимодействующего с Землей, равна произведению его массы, ускорению свободного падения и высоты, на которой оно находится.
Эта скалярная величина является характеристикой запаса энергии материальной точки (тела), находящейся в потенциальном силовом поле и идущей на приобретение кинетической энергии за счет работы сил поля. Иногда ее называют функцией координат, являющейся слагаемым в лангранжиане системы (функция Лагранжа динамической системы). Эта система описывает их взаимодействие.
Потенциальную энергию приравнивают к нулю для некой конфигурации тел, расположенных в пространстве. Выбор конфигурации определяется удобством дальнейших вычислений и называется «нормировкой потенциальной энергии».
Закон сохранения энергии
Одним из самых основных постулатов физики является Закон сохранения энергии. В соответствии с ним, энергия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает. Она постоянно переходит из одной формы в другую. Иными словами, происходит только изменение энергии. Так, например, химическая энергия аккумулятора фонарика преобразуется в электрическую, а из нее - в световую и тепловую. Различные бытовые приборы превращают электрическую в свет, тепло или звук. Чаще всего конечным результатом изменения являются тепло и свет. После этого энергия уходит в окружающее пространство.
Закон энергии способен объяснить многие Ученые утверждают, что общий объем ее во Вселенной постоянно остается неизменным. Никто не может создать энергию заново или уничтожить. Вырабатывая один из ее видов, люди используют энергию топлива, падающей воды, атома. При этом один ее вид превращается в другой.
В 1918 г. ученые смогли доказать, что закон сохранения энергии представляет собой математическое следствие трансляционной симметрии времени - величины сопряженной энергии. Другими словами, энергия сохраняется вследствие того, что законы физики не отличаются в различные моменты времени.
Особенности энергии
Энергия - это способность тела совершать работу. В замкнутых физических системах она сохраняется на протяжении всего времени (пока система будет замкнутой) и представляет собой один из трех аддитивных интегралов движения, сохраняющих величину при движении. К ним относятся: энергия, момент Введение понятия «энергия» целесообразно тогда, когда физическая система однородна во времени.
Внутрення энергия тел
Она представляет собой сумму энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекул, составляющих его. Ее нельзя измерить напрямую, поскольку она является однозначной функцией состояния системы. Всегда, когда система оказывается в данном состоянии, ее внутренняя энергия имеет присущее ему значение, независимо от истории существования системы. Изменение внутренней энергии в процессе перехода из одного физического состояния в другое всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях.
Внутренняя энергия газа
Помимо твердых тел, энергию имеют и газы. Она представляет собой кинетическую энергию теплового (хаотического) движения частиц системы, к которым относятся атомы, молекулы, электроны, ядра. Внутренней энергией идеального газа (математической модели газа) является сумма кинетических энергий его частиц. При этом учитывается число степеней свободы, представляющее собой число независимых переменных, определяющих положение молекулы в пространстве.
С каждым годом человечество потребляет все большее количество энергоресурсов. Чаще всего для получения энергии, необходимой для освещения и отопления наших жилищ, работы автотранспорта и различных механизмов, используются такие ископаемые углеводороды, как уголь, нефть и газ. Они относятся к невозобновимым ресурсам.
К сожалению, только незначительная часть энергии добывается на нашей планете с помощью возобновимых ресурсов, таких как вода, ветер и Солнце. На сегодняшний день их удельный вес в энергетике составляет всего 5 %. Еще 3 % люди получают в виде ядерной энергии, производимой на атомных электростанциях.
Имеют следующие запасы (в джоулях):
- ядерная энергия - 2 х 10 24 ;
- энергия газа и нефти - 2 х 10 23 ;
- внутренне тепло планеты - 5 х 10 20 .
Годовая величина возобновляемых ресурсов Земли:
- энергия Солнца - 2 х 10 24 ;
- ветер - 6 х 10 21 ;
- реки - 6,5 х 10 19 ;
- морские приливы - 2,5 х 10 23 .
Только при своевременном переходе от использования невозобновляемых запасов энергии Земли к возобновляемым человечество имеет шанс на долгое и счастливое существование на нашей планете. Для воплощения передовых разработок ученые всего мира продолжают тщательно изучать разнообразные свойства энергии.
