Энергетические ресурсы Земли. Классификация и характеристики топлива

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Энергетические ресурсы Земли. Классификация и характеристики топлива

Топливо - любое вещество или смесь веществ, которое может быть использовано для получения теплоты.

По принципу высвобождения теплоты:

1) Органическое - выделяет теплоту при сгорании элементов, входящих в их состав.

2) Ядерное – выделяет теплоту при проведении в нем ядерных реакций.

3) Химическое – при проведении химических реакций.

Классифицируется:

1) По агрегатному состоянию(тв, ж, г)

2) По способу получения(естественное - добывается из недр; искусственное - путем переработки первичного топлива)

Основные характеристики:

1) Состав

2) Удельная теплота сгорания

3) Выход летучих веществ

4) Зольность

5) Влажность

6) Сернистость

Химической состав

В состав тв и ж топлив входят: С(р), Н2(р), О2(р), N2(р), С2(р), S2(р), W(p)-влага, А(р)-негорючие элементарные соединения. Состав тв и ж топлив представляют в виде суммы масс элементов, входящих в их состав. в тв и ж топливах выделяют 3 вида составов: рабочу, сухую, горячую массу топлива.

С(р)+Н2(р)+О2(р)+N2(p)+S2(p)=100%

С(р)=С(r)*K(r-p), где K(r-p)- переводной коэффициент.

Заданная масса топлива	Искомая масса топлива
Р	С	Г
Р
С
Г

Основные компоненты газообразного топлива: метан СН + высшие водородные соединения CmHn + водород Н2 + N2 + CO + CO2 + H2S + O2 = 100%

Удельная теплота сгорания – количество теплоты, выделившиеся при полном сгорании единицы массы имеющегося объема топлива.

УТС:

Qв(высшая) – количество теплоты, полученное при сгорании единицы топлива и конденсации паров, находящихся в нем.

Qн(низшая) – не включает в себя теплоту конденсации водяных паров.

Теплота сгорания определяется исходя из химического состава топлива.

Для тв и ж теплота сгорания:

Qв=338*С(р)+1249*Н(р)-108, 5[О(р)-S(p)] (кДж/кг)

Qн=338*С(р)+1025*Н(р)-108, 5[О(р)-S(p)]-25*N(р) (кДж/кг)

Для газов:

Q=127*CO2+108*H2+358*CH4+591*C2H6+911*C3H8+234*H2S (кДж/М^3)

Пересчет какого либо количества теплоты в условное производится по формуле:

Bут=В*Qн/Qут, где В-количество топлива, Qут=29330(кДж/кг)- теплота сгорания условного топлива.

Выход летучих веществ – смесь горючих и негорючих газов, которые выделяются из массы топлива при его нагревании. Величина ВЛВ определяется как уменьшение массы пробы топлива при его нагревании до определенной температуры в течение определенного промежутка времени. Измеряется в %. Чем больше ВЛВ, тем ниже температура горения топлива. Чем больше выход ВЛВ, тем менее качественным считается топливо. ВЛВ характеризует твердое топливо, качество которого зависит от возраста. Каменный уголь имеет следующие стадии формирования: торф(70%)-бурый уголь(50%)-каменный уголь(25-40%)-антроцит(3-4%).

Твердый остаток топлива после ВЛВ – КОКС. Это наиболее ценный и дорогостоящий вид топлива. Имеет наивысшую температуру горения и теплоту сгорания. Ввиду своей дороговизны в энергетике кокс не используется, а используется в промышленности для получения тугоплавких металлов.

Зольность (А), %. Несгоревший остаток топлива, состоящий из негорючих минеральных примесей, входящих в состав топлива – зола. Отношение массы золы к массе топлива – зольность. Зольность тв топлива 5-70%. Зольность ж топлива 0, 1%.

Зольность влияет на процесс горения. Большая зольность снижает выгодность перевозки, снижает теплоту сгорания, затрудняет процесс горения, загрязняет оборудование, загрязняет среду.

Влажность (W), % снижает теплоту сгорания и затрудняет процесс горения. Наибольшую влажность имеет бурый уголь 50%, наименьшую каменный уголь и антроцит – 5-25%.

Сернистость (S), % большое количество серы – отрицательный фактор. Вызывает усиленную коррозию поверхностей нагрева и газоотводящих траков оборудования. Приводит к преждевременной порче оборудования.

Органическое топливо

Начало массовой добычи – середина 19в. В настоящее время доля нефти в энергетическом мировом балансе = 40%. Сырая нефть представляет собой сложную смесь углеводородов в составе: С=84-86% Н=10-12%. S~5% O2~2% N2~1% A+W~1.5%

В сыром виде не применяется. Из нее получают различные виды топлива на нефтеперерабатывающих заводах наиболее легкие сорта бензина применяются в авиации – авиационные. Более тяжелые – для авто. Керосин- для турбореактивных двигателей. В энергетике – мазут- отход процесса нефтепереработки. Мазуты по вязкости М20 М40 М60….М120. Чем больше цифра – там хуже качество, тк затрудняется сгорание.

В ж состоянии нефть залегает в геологических породах, которые в настоящее время хорошо изучены, что дает возможность произвести суммарную оценку мировых ресурсов нефти.

Кол-во нефти составляет около 6% от общих мировых запасов орг топлива. Ее хватит лет на 50-60. Современные способы позволяют извлекать около 30%, а оставшаяся часть остается в Земле.

Около 2/3 мировой добычи приходится на страны Азии, Африки и Ю.Америки. различна и стоимость. В России – 6% запасов.

Проблемы нефтеперерабатывающей и добывающей отрасли:

1) Разработка новых месторождений

2) Совершенствование способов добычи

3) Совершенствование методов переработки

Газообразное топливо

Преимущества:

1) Удобно сжигается простыми средствами в установках самых различных конструкций и мощностей

2) Сгорает без дыма и копоти

3) Не дает твердых остатков(золы)

4) Удобно для транспортировки на большие расстояния по газопроводу.

ГТ бывает: естественное (природное; нефтепромысловое) и искусственное.

Природный газ получают из газовых месторождений. Основной компонент- метан СН4, тву же содержится небольшое количество CmHn, Н2, СО, СО2.

В процессе добычи его очищают от различных соединений, но часть углеводорода остается. В бытовой газ добавляют одоризаторы (для запаха).

Нефтепромысловые газы выделяются в районах месторождений нефти. При добыче нефти выделяется попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше, высших углеводородный соединений. Следовательно, при сгорании выделяется больше теплоты. Проблема полного использования данного газа актуальна, тк при существующих способах добычи нефти большая его часть теряется. В настоящее время наибольшее распространение получил сжиженный газ, полученный из нефтепромысловых газов, после их привычной переработки на месте добычи. Изучены 2 вида:

-технологический пропан( не менее 93% С3Н8+С3Н6)

-технологический бутан(93% С4Н10+С4Н8)

При t=20C пропан конденсируется при давлении 0, 8 Мпа, а бутан при 0, 2 Мпа. Следовательно, данные газы обычно транспортируются в жидком виде в баллонах под давлением.

Искусственный газ.

Синтетические получают из твердого топлива путем нагрева воздуха в специальных устройствах – газогенераторы. Такой газ обладает меньшей теплотой сгорания, чем природный. Используют в местах получения.

Запасы газа ~ 5% запасов орг топлива.

Преимущества природного газа по сравнению с другими видами орг топлива приводят к тому, что данный вид топлива вытесняет другие. Потребление газа увеличивается. Запасов на 40-50 лет.

Каменный уголь.

Образовался из осадков орг веществ в пресной воде. Основные запасы в России, Китае, Австралии, Азии, Африке. Общее кол-во угля 89% от всех запасов орг топлива. Хватит на несколько сотен лет. В России – 50% всех запасов.

Геофизическая энергия.

Гидроэнергия. Достоинства:

1) Возобновляемый энергоресурс

2) Более удобна с технологической точки зрения, так как данный вид энергии технически просто использовать для электроэнергии отсутствует неравномерность поступления энергии.

Широки используется для выработки энергии на ГЭС. Несмотря на то, что общий гидропотенициал Земли высок и может обеспечить большую часть потребляемой энергии, к использованию доступны не более 10-15%, которые в наст время практически выбраны. Т.о. гидроэнергия может обеспечить лишь небольшую часть потребителей.

Приливные ЭС(ПЭС). В России амплитуда приливных волн составляет до 13м.

На побережье сооружается дамба, образующая искусственный бассейн. Во время прилива бассейн заполняется, во время отлива опустошается. В бассейн устанавливают гидротурбины, которые вырабатывают электроэнергию при заполнении и при опустошении.

Ветровая энергия.

Потенциал превышает в 100 раз потенциал гидроэнергетических ресурсов. В настоящее время вырабатывается 0, 2% общей потребности. Проблема- постоянно меняющаяся скорость ветра. Приводит к созданию систем аккумулирования энергии, что усложняет установку.

Геотермальная энергия.

Это теплота недр замли. Источник- радиационные процессы внутри земли. это неисчерпаемый источник.

2 пути использования:

1) Выработка энергии за счет разности температур на поверхности земли и недр. Наиб удобен, использовать в морях и океанах северных широт, где разность t воздуха и воды достигает до 30-40С.

2) Выработка тепловой и электроэнергиии за счет теплоты геотермических вод, которые выбрасываются на поверхность через естественные каналы. Породы нагревают воду в подземных источниках, которые выходят на поверхность земли в виде горячей воды или пара. Это тепло можно использовать для получения тепловой или электроэнергии.

Трудности(недостатки):

1) Возможность использования в местах выхода геотермальной энергии.

2) При разработке геотермального месторождения со временем происходит его исчерпание. Уменьшается температура и давление и количество поступающих геотермальных вод. Отбор теплоты происходит быстрее чем его восстановление.

3) Высокое содержание минеральных солей приводит к засорению и выходу из строя оборудования и закупорке скважин

4) При интенсивных отборах может наблюдаться оседание земли вокруг скважины.

Солнечная энергия.

Поток солнечного излечения падающего на землю значительно превышает современную потребность в энергии. Но в наст время не существует экономичного способа преобразования солнечной энергии в электрическую. Все известные способы обладают низким КПД, не более 10%. Что приводит к высокой стоимости оборудования. Вторая проблема- аккумулирование энергии для круглосуточного электроснабжения потребителей.

Ядерная энергия.

Ядерное деление.

Ядерные реакторы используют избыточную энергию деления изотопа урана U235 с массой 235, которая выделяется в виде теплоты. Устройство сложно, но по сути это обычный паровой котел, производящий пар для вращения турбины.

Схема КЭС

Кт – котел

ДВ- дутьевой вентилятор

ПВ – питательная вода

ПН = Питательный насос

ДГ-дымовые газы

Д-дымосос

Т-паровая турбина

Г- роторный генератор

СН – собственные нужды

Тр – трансформатор

К-конденсатор

ИХВ – источник холодной воды

ЦН- циркуляционный насос

ДР-деаэратор

ХОВ химически очищенная вода

КН – конденсатный насос

Питательная вода - это вода прошедшая очистку и таким образом подготовленная для использования в котле для производства пара.

Принцип работы КЭС

В котел подается топливо воздух и питательная вода. Воздух подается дутьевым вентилятором, вода- питьевым насосом. Образующаяся при сгорании топлива, дымовые газы удаляются из котла дымососом и выброс в атмосферу через дымовую трубу. Образовавшийся в котле пар направляется в паровую турбину, где он совершает работу, вращая турбину и связанный с ней ротор – генератор. Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор где конденсируется благодаря пропуску через конденсатор большого количества холодной воды. Источник холодной воды может быть естественный водоем или специальное устройство для охлаждения воды из источника холодной воды, охлажденная вода подается в конденсатор, с помощью циркуляционного насоса. Образовавшийся в конденсаторе конденсат с помощью конденсаторного насоса подается в деаэрат, устройство предназначенное для удаления из воды образовавшихся газов, в первую очередь О2, вызывая коррозию, Так же подается химически очищенная вода для восполнения неизбежных утечек. После деаратора питательная вода подается в котел.

Мощность КЭС - 4-5 ГВт, устанавливаются энергоблоки от 200 до 1200 МВт

Особенности КЭС:

1)Строится по возможности ближе к месторождения топлива
2)основную часть выработанной энергии отдают в сети высоких напряжений

3)Работают по свободному графику выработки электроэнергии(объем отпуска тепловой энергии)

4)Низкоманевренная

Маневренность – способность электростанции регулировать вырабатываемую ей электроэнергию

Разворот турбины энергоблока из холодного состояния до номинального режима требует от 3 до 10 часов

5) имеет низкий КПД (25-30%)

Тепловой баланс КЭС

ТСТ – тепло полученное при сжигании топлива

ПКт- потери в котле

Птр- потери в трубопроводах

Пт – потери в турбине

ТПЭ – тепло преобразованное в электроэнергию

Пк – потери конденсатора

Схема газовоздушного тракта

1 – горелочное устройство

2 – котел

3 – детьевой вентилятор

4 – воздухоподогреватель
5 – дымосос
6 – дымовая труба
ДГ – дымовые газы

Теплоэлектроцентрали. ТЭЦ

Теплоэлектроцентрали – это электростанции, вырабатывающие функции использования пара полученного в паровых котлах ТЭС, как для выработки электроэнергии так и для теплоснабжения потребителей.

Для получения пара с необходимыми потребителю параметрами на ТЭЦ используют специальные турбины с промежуточным отбором пара.

В таких турбинах, после того как часть энергии пара израсходуется на вращение турбины и параметры его понизятся, отбор некой доли пара для потребителей. Оставшиеся доли пара используют в турбине для выработки энергии и затем их поступления в конденсатор, так же как и на КЭС.

Водяные тепловые сети получают тепловую энергию от сетевых подогревателей в которых за счет теплоты пара осуществляется нагрев сетевой воды.

Схема ТЭЦ

Кт – котел

ДВ- дутьевой вентилятор

ПВ – питательная вода

ПН = Питательный насос

ДГ-дымовые газы

Д-дымосос

Т-паровая турбина

Г- роторный генератор

СН – собственные нужды

Тр – трансформатор

К-конденсатор

ИХВ – источник холодной воды

ЦН- циркуляционный насос

ДР-деаэратор

ХОВ химически очищенная вода

КН – конденсатный насос

ПП – пар –потребителю

СП – сетевой подогреватель

СЦН – сетевой циркуляционный насос

ПГ – потребитель генераторного напряжения

Особенности ТЭЦ

1)Строится вблизи потребителей тепла

2) Обычно работают на привозном топливе

3) Основную часть выработанной энергии отдают жителям ближайших районов на генераторном напряжении

4) Работают по частично-вынужденному графику(зависит от режима теплопотребления)

5) Низкоманевренна

6) Имеют относительно высокий КПД – до 70%.

Тепловой баланс ТЭЦ

ТСТ – тепло полученное при сжигании топлива

ПКт- потери в котле

Птр- потери в трубопроводах

Пт – потери в турбине

ТПЭ – тепло преобразованное в электроэнергию

Пк – потери конденсатора

ОТТ – отпуск тепла на теплоснабжение

22.10.12 Газотурбинные установки (ГТУ)

Как отмечалось тепловые электростанции с паровыми турбинами обладает

Низкой маневренностью и неспособны в полной мере осуществлять ререгулировку графика нагрузки системы. Для повышения маневренности применяют ГТУ. В ГТУ вращение газовой турбины осуществляется за счет энергии газов продуктов сгорания.

Парогазовые установки (ПГУ)

ПГУ применяется на современных ТЭС с целью повысить КПД. ПГУ имеют две турбины, газовая и паровая и 2 рабочих тела (выхлопные газы и водяной пар)

Схема ПГУ.

1=компрессор

2-газовая турбина

3-парогенератор

4-паровая турбина

5, 6 – водоподогреватель

Г1 и Г2-генераторы

К-коллектор

ИХВ-источник холодной воды

КН – конденсаторный насос

ДР-деаэратор
ХОВ – химически очищенная вода

ПН-питательный насос

ДГ-дымовые газы

Работа ПГУ

В ПГУ реализуется парогазовый цикл с 2-мя рабочими телами в 2-х диапозонах температур(высоких и низких). В диапазоне высоких температур рабочее тело - дымовые газы, в области низких температур- вода, водяной пар.

Воздух, сжатый в компрессоре, подается в камеру сгорания парогенератором. Здесь происходит сгорание топлива и образуются дымовые газы с высокой температурой и высоким давлением. При этом свою теплоту дымовые газы частично отдают теплоносителю для выработки пара, после этого ДГ подаются в газовую турбину, который вращает Г1.Отработанные газы отдают свое остаточное тепло в воздухоподогрев 6 и выброс в атмосферу через ДГ. Пар из парогенератора подается в паровую турбину, вращающейся генератор Г2. После турбины отработанный пар поступает в конденсатор, конденсат после конденсатора с помощью КН подается в деаэратор. Питательная вода подается в парогенератор. Предварительно питательная вода подогревается до температуры кипения, частично за счет теплоты отработанных газов из газовой турбины частично за счет пара отбора паровой турбины.

Достоинства ПГУ:

1)Относительно высокий КПД (до 60%)
2)Применение газовой турбины повышает маневренность всей установки

Недостатки ПГУ

1)Работают на жидком или газовом топливе

2) Имеют низкую мощность до 200 МВт

Гидроэлектро станции (ГЭС)

Достоинства ГЭС:

1)Использование возобновляемого источника энергии

2)Высокий КПД (более 90%)

3)Высокий уровень автоматизации, позволяет минимизировать затраты при эксплуатации ГЭС

4) Высокая надежность сооружений, простота и надежность оборудования.

5) Большая маневренность (возможность без потерь изменять выдаваемую мощность)

Недостатки ГЭС

1)Высокая стоимость сооружения и большие сроки строительства

2)Отрицательное влияние на экологию и экономику за счет затопления и заболачивания большого кол-ва земель.

Мощность ГЭС формула: P=Q*H (количество воды и напор)

Увеличить мощность ГЭС(увеличение мощности ГЭС) – сооружают платины увеличивающие напор воды. В зависимости от высоты плотины ГЭС делят на 2 вида: русловые и приплотинные.

При напорах до 30м здание ГЭС расположено непосредственно в русле реки. Является частью плотины и воспрнимается весь напор воды. При высоте плотины более 30м. Здание ГЭС расположено за плотиной и не воспринимает напор воды, такая ГЭС называется приплотинной.(приплотинная ГЭС)

Атомная электростанция АЭС

Основной элемент АЭС – атомный реактор

Он состоит из элементов: активная зона, отражатель, система управления, регулирования и контроля система охлаждения, корпус и биологическая защита.

Активная зона реактора состоит из рабочих каналов, число которых может достигать нескольких тысяч. В каналы помещают топливо в виде урановых или плутоньевых стержней в зависимости от типа стержня покрытых металлической оболочкой.

Тепловыделяющие элементы - это элементы в стержнях которых происходит ядерная реакция, сопровождающаяся большим количеством тепла.

По рабочим каналам циркулирует теплоноситель омывая поверхность твэл. Теплоносители (вода и жидкий металл) Активная зона окружена отражателем который возвращает быстрые нейтроны образующиеся в ходе реакции. Управление реактором осуществляется с помощью специальных графитовых стержней поглощающих нейтроны. Стержни вводятся в зону реакции и изменяют поток нейтронов и следовательно интенсивность реакции.

Тепло выделяющееся в реакторе передается рабочему телу и используется для вращения паровой турбины тепло от реактора к рабочему телу паровой турбины может передаваться по 1-но контурной 2-у контурной электро станции.

Схема двухконтурной АЭС

ПГ-парогенератор

Р-ректор

Т-паровая турбина

ИХВ-источник холодной воды

К-конденсатор

ПН-питательный насос

БЗ-биологическая защита

Г-генератор

В 2-х контурной схеме используются более надежные водоводяные реакторы (ВВЭР) В нем активная зона размещена внутри толстостенного стального корпуса под давлением. Вода находится под большим давлением за счет этого вода в реакторе не закипает, а нагревается, что повышает надежность реактора.

В 2-х контурной схеме отвод тепла от реактора осуществляется теплоносителем который передает тепло рабочему телу парогенератору, независимый 1-й контур позволяет свести к минимуму количество оборудования сообщающегося с радиоактивной средой, что упрощает обслуживание.

Ввиду дополнительных потерь парогенератора КПД такой установки ниже чем в одноконтурной.

Трехконтурные схемы применяются при доп требовании безопасности генератора.

Тепловые котельные

Котельная установка - это комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающих получение горячей воды и водяного пара под давлением и их подачу к потребителям.

Котельная установка состоит из котла и вспомогательного оборудования.

Котел – это устройство для получения горячей воды или водяного пара, за счет теплоты сгорания органического топлива

Котлы классифицируются

1)По теплоносителю на паровые и водогрейные

2)По назначению отопительные, промышленные и энергетические

3)по теплопроизводимости и ряду других причин

В качестве топлива используется любой вид органического топлива.

Схема котельной установки

1-Горелка

2-топочная камера

3- теплоизоляция топочн камеры

4-топочный экран

5- ширмовой пароперегреватель

6-конвективный пароперегреватель

7-экономайзер

8-воздухоподогреватель

9-горизонтальный газоход

10-конвективная шахта

11-дутьевой вентилятор

12-дымосос

13-дымовая труба

В горелку котла подается топливо и подогретый воздух. Подаваемая вода, питательная. Сначала подогревается в экономайзере до кипения и поступает в топочный экран, где происходит процесс парообразования. Сухой насыщенный пар после топочного экрана направляется в парогенератор, где нагревается до определенной температуры. Перегретый пар направляется к потребителям, продукты пройду через экономайзер выбрасываются через паровую трубу.

Паровой котел состоит из:

-топочной камеры

-горизонтального газохода

-конвективной шахты

В топочной камере происходит сжигание топлива которое происходит до 1500 -1600 по Цельсию, поэтому стены топочной камеры покрыты теплоизолированным материалом. Тепло от продуктов сгорания в топочной камере передается теплоносителю через топочный экран (ТЭ). Он предоставляет собой систему труб уложенных по всему периметру Т камеры и внутри которой циркулирует теплоноситель. Тепло от продуктов сгорания передается преимущественно излучением, поэтому данная поверхность нагрева называется радиационной. (радиационная поверхность) Частично охлажденные газы попадают в горизонтальный газоход, где расположен ширмовой и конвективный пароперегреватель называют полурадиоционный, поскольку воспринимаемая теплота излучения и теплопередачей в конвективно-передача тепла осуществляется в ион-вект. Шахту предназначенную для утилизации остатков тепла дым газов с целью повышения КПД котла.

В Верхней части конвктивной шахты установлен экономайзер, предназначенный для нагрева до температуры кипения. Дымовые газы отдают тепло воздухонагр и с температурой 100 -120 цельсия выбрасываются в среду через дымовую трубу.

Тепловой баланс и КПД котла

Располагаемая теплота- количество теплоты, которое может выделиться в котле при сжигании единицы топлива Qp

Обычно Qp=Qн низшая теплота сгорания топлива.Но при этом не вся теплота перейдет к теплоносителю.

Количество теплоты, которое воспринимается в котле теплоносителем –это полезно используемая теплота =Q1=G(h2-h1)/B

В-расход топлива

G- расход теплоносителя, h1, h1 энтальпия теплоносителя на вх и выходе котла

Уравнение теплового баланса котла имеет вид

КПД котла

Система водоподготовки котельных установок

Примеси, содержащиеся в сырой воде делятся на 3 типа:

1. Механически взвешенные частицы

2. Растворенные примеси

3. Растворенные газы

Механическая примесь- нерастворимые, могут оседать внутри котла и привести к загрязнению котла.

Растворенные вещества-(некоторые)выпадают при нагреве в виде накипи. Накипь возникает из за наличия в воде солей-жесткости, которые плохо растворимы в воде.

Так же содержание кислорода(в растворенных газах) которые вызывают коррозию металлической поверхности котлов.

Водоподготовка - процесс освобождения от примесей, прошедшая подготовку вода называется питательная.

Процесс водоподготовки- 3 стадии

1. Осветление

2. Умягчение

3. Деаэрация

Осветление - удаление механических примесей, осуществляется путем отстаивания или фильтрацией.

Умягчение - удаление из воды солей жесткости, осуществляется пропусканием воды через фильтры с химическим реагентом, который вступает в реакцию с солью и снижает ее концентрацию.

Деаэрация – удаление из воды растворенных газов специальным устройствами.

Необходимость разработки новых способов преобразования энергии

Основными направлениями разработок в области повышения эффективности производства энергии является:

1. Освоение, использование неисчерпаемых видов энергоресурсов

2. Разработка прямых способов преобразования энергоресурсов в электрическую и тепловую энергию

Схема современного преобразования энергии топлива в электроэнергию на тепловой электростанции

На каждом этапе преобразования возникают потери энергии, уменьшающие кпд

Схема прямого преобразования энергии топлива в электроэнергию

Магнитогидродинамическое преобразование энергии

МГД генератор Основан на законе Фарадея.

ЭДС может индуцироваться в проводнике любого агрегатного состояния.

Схема МГД

Между металлическими пластинами, расположенными в сильном магнитном поле, пропускается струя ионизированного газа ИГ, обладающего кинетической энергией направленного движения частиц. При этом в соответствии с законом электромагнитной индукции появляется ЭДС, вызывающая протекание электрического тока между электродами внутри канала генератора и во внешней цепи.

До недавнего времени были известны три состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Газ считался электрически нейтральным. так как нейтральны атомы и состоящие из них молекулы. Заряд электронов в атомах полностью уравновешивается зарядом ядра. При нагреве газа в результате интенсивного соударения атомов происходит выбивание внешних электронов. Если отделить все электроны от ядер, то вещество будет находиться в четвертом состоянии, называемом высокотемпературной плазмой. На Земле это состояние вещества не встречается, так как для его получения требуется температура порядка миллионов градусов и давление в десятки тысяч мегапаскаль. Высокотемпературная плазма содержится в глубинах Солнца.

При 3000°С некоторые газы превращаются в низкотемпературную плазму, состоящую из свободных атомов диссоциированных ионов и электронов. Низкотемпературная плазма обладает высокой электропроводностью. Температуре 3000°С соответствует небольшая ионизация, равная 0.1%, однако проводимость при этом уже достигает 50%. Следовательно, для практических целей нет необходимости стремиться к высокой ионизации.

Для утилизации тепла выходных газов используют паросиловую установку

Электрохимический элемент

В электрохимическом элементе на одном из электродов 1 (аноде) вещество, служащее топливом, отдает электроны, а на втором электроде 2 (катоде) происходит восстановление (поглощение) электронов веществом-окислителем. Между электродами находится электролит 4. обеспечивающий перемещение ионов от одного электрода к другому; перенос электронов между электродами осуществляется по внешней цепи.

Делятся на 2 типа: Восстанавливаемые и невосстанавливаемые

Достоинства Электрохимический элемент:

· Компактный

· Автономный

· Простота эксплуатации

· Высокая надежность

Недостатки Высокая удельная стоимость получаемой электроэнергии

Топливный элемент

Топливный элемент отличается от выше рассмотренных электрохимических элементов тем, что активные вещества к нему подаются извне, а электроды в электрохимических превращениях не участвуют. Электроды в топливном элементе выполнены пористыми. На аноде происходит переход положительных ионов водорода в электролит. Оставшиеся электроны создают отрицательный потенциал и по внешней цепи перемещаются к катоду. Атомы кислорода, находящиеся на катоде, присоединяют к себе электроны, образуя отрицательные ионы, которые, присоединяя из воды атомы водорода, переходят в раствор в виде ионов гидроксила ОН'. Ионы гидроксила, соединяясь с ионами водорода, образуют воду. Таким образом, при непрерывном подводе водорода и кислорода происходит непрерывная реакция окисления топлива ионами с одновременным образованием тока во внешней цепи.

Достоинства Топливный элемент:

· Высокий КПД (до 80 %)

· Бесшумность

· Отсутствие вредных отходов

Недостатки Высокая стоимость эксплуатации и повышенные требования к безопасности в связи с использованием водорода в качестве топлива.

Преобразование солнечной энергии в электрическую

2 способа:

· Непосредственное

· В паросиловом цикле

Непосредственное преобразование основано на фотоэлектрическом методе. Для этого используют светочувствительные полупроводниковые элементы. У которых при попадании на их поверхность солнечной энергии возникает эмиссия электронов с поверхностью.При соединении 2-х П\П разной проводимости, электроны под действием солнечной энергии переходят с одного ПП на другой. В замкнутой цепи при этом возникает электрический ток.

Недостатки фотоэлемент:

· Высокая стоимость

· Низкий КПД преобразования (10-15%)

Недостатки пассивных систем

· Ухудшение архитектуры здания

· Недостаточная эффективность использования тепловой энергии

· Ограниченные возможности в регулировании тепловой энергии

Гелиоустановки(активные) имеют следующую классификацию:

по назначению:

· системы горячего водоснабжения,

· системы отопления.

· комбинированные установки

по виду используемого теплоносителя:

· жидкостные,

· воздушные;

по продолжительности работы:

· круглогодичные,

· сезонные;

по техническому исполнению схемы:

· одноконтурные,

· двухконтурные.

· многоконтурные.

Схема активных гелиосистем

1. Солнечное излучение

2. Солнечный коллектор

3. Насос

4. Емкостной теплообменник

В одноконтурной установке теплоноситель с помощью 3 подается в 2, где он нагревается за счет 1, а далее поступает в систему теплоснабжения здания.

В двух контурной схеме тепло от теплоносителя первичного контура используется в теплообменнике для нагрева второго теплоносителя, который уже функционирует в системе теплоснабжения здания

Основным элементом гелиоустановок являются солнечные коллекторы. которые могут быть двух типов:

· Фокусирующие

· Плоские.

Фокусирующие коллекторы позволяют обеспечить нагрев теплоносителя до сравнительно высоких температур (400-600 К). Основной их недостаток заключается в том. что в них воспринимается только прямая составляющая солнечной радиации, хотя диффузная составляющая может доходить до 40% суммарной радиации, особенно в северных широтах. Фокусирующие коллекторы применяются в башенных электростанциях. В системах теплоснабжения наибольшее распространение получили плоские коллекторы

Энергетические ресурсы Земли. Классификация и характеристики топлива

Топливо - любое вещество или смесь веществ, которое может быть использовано для получения теплоты.

По принципу высвобождения теплоты:

1) Органическое - выделяет теплоту при сгорании элементов, входящих в их состав.

2) Ядерное – выделяет теплоту при проведении в нем ядерных реакций.

3) Химическое – при проведении химических реакций.

Классифицируется:

1) По агрегатному состоянию(тв, ж, г)

Основные характеристики:

1) Состав

2) Удельная теплота сгорания

3) Выход летучих веществ

4) Зольность

5) Влажность

6) Сернистость

Химической состав

С(р)+Н2(р)+О2(р)+N2(p)+S2(p)=100%

С(р)=С(r)*K(r-p), где K(r-p)- переводной коэффициент.

Заданная масса топлива	Искомая масса топлива
Р	С	Г
Р
С
Г

Основные компоненты газообразного топлива: мет

12 3 4 Следующая ⇒