Энергетика. Тепловые и атомные электростанции

ПЕРВЫЙ ПРИНЦИП ТЕРМОДИНАМИКИ Закон сохранения энергии в учении о тепловых превращениях получил название первого принципа термодинамики. Рассмотрим действие его на примере некоторой системы С, совершающей механическую работу за счет теплоты. Пусть температура системы С в всех точках одинакова.

Тепловые конденсационные электрические станции преобразовывают энергию органического топлива вначале в механическую, а затем в электрическую. Механическую энергию упорядоченного вращения вала получают с помощью тепловых двигателей, преобразующих энергию неупорядоченного движения молекул пара или газа.

ТУРБИНЫ Полученный в парогенераторах перегретый пар при температуре ~600°С и давлении 30 МПа по паропроводам передается в сопла. Сопла предназначены для преобразования внутренней энергии пара в кинетическую энергию упорядоченного движения молекул.

КОНДЕНСАТОРЫ Пар, выходящий из турбины, направляют для охлаждения и конденсации в специальное устройство, называемое конденсатором. Конденсатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого имеется большое число латунных трубок. По трубкам протекает охлаждающая вода, поступающая в конденсатор обычно при температуре 10—15°С и выходящая из него при температуре 20—25°С.

ПАРОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ Отработанные в ГТУ газы имеют высокую температуру, что неблагоприятно сказывается на КПД термодинамического цикла. Совмещение газо- и паротурбинных агрегатов таким образом, что в них происходит совместное использование теплоты, получаемой при сжигании топлива, позволяет на 8—10% повысить экономичность работы установки, называемой парогазовой, и снизить ее стоимость на 25%.

АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

Первая в мире АЭС была введена в эксплуатацию в г. Обнинске (СССР) 27 июня 1954 г., о чем сообщило Московское радио. Затем сообщение об успешно завершенных работах по созданию первой промышленной электростанции на атомной энергии было передано зарубежными информационными агентствами, прокомментировано радио и прессой, воспринято как сенсация.

ВОСПРОИЗВОДСТВО ЯДЕРНОГО ГОРЮЧЕГО Цепную реакцию деления ядер можно получить с помощью изотопа урана 235U. В природе встречаются два вида изотопа урана— 235U и 238U в существенно неодинаковом количестве. Запасы 238U составляют 99,3% от общих запасов урана, запасы 235U—всего лишь 0,7%.

ПЕРСПЕКТИВЫ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Доля атомной энергетики в производстве электроэнергии в перспективе будет возрастать. Мнения ведущих специалистов в различных странах сильно расходятся в отношении количественной оценки перспектив развития атомной энергетики.

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ К одной из центральных физико-технических задач энергетики относится создание магнитогидродинамических генераторов (МГД-генераторов), непосредственно преобразующих тепловую энергию в электрическую. Возможности практической реализации такого рода преобразования энергии в широких промышленных масштабах появляются в связи с успехами в атомной физике, физике плазмы, металлургии и ряде других областей.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ Из всех устройств, непосредственно преобразующих тепловую энергию в электрическую, термоэлектрические генераторы (ТЭГ) относительно небольшой мощности применяются наиболее широко.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ В электрохимических генераторах происходит прямое преобразование химической энергии в электрическую. Возникновение ЭДС в гальваническом элементе связано со способностью металлов посылать свои ионы в раствор в результате молекулярного взаимодействия между ионами металла и молекулами (и ионами) раствора.

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Геотермальные электростанции в качестве источника энергии используют теплоту земных недр. Известно, что в среднем на каждые 30—40 м в глубь Земли температура возрастает на 1°С. Следовательно, на глубине 3— 4 км вода закипает, а на глубине 10—15 км температура Земли достигает 1000—1200°С. В некоторых частях планеты температура горячих источников достаточно высокая и в непосредственной близости от поверхности. Эти районы наиболее благоприятны для сооружения геотермальных станций. Так, в Новой Зеландии на геотермальных станциях вырабатывается 40% всей электроэнергии, в Италии—6%. Значительная доля электроэнергии приходится на такие станции и в ряде других стран.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНОЙ ЭНЕРГИИ ЗЕМЛИ Три четверти земной поверхности занято водой, лишь одна четверть сушей. Поэтому человека привлекала проблема полезного использования воды, в том числе и в энергетике. Время применения гидравлических двигателей насчитывает более 2000 лет. Сначала как источник механической энергии использовались отдельные водяные колеса, затем отдельные водяные турбины и, наконец, гидростанции. В СССР насчитывается 775 тыс. рек протяженностью более 5 млн. км. По количеству и длине рек СССР занимает первое место в мире. Их энергия, технически пригодная к использованию, составляет около 4000 млрд. кВт-ч. По запасам гидроэнергии СССР превосходит все страны. Например, следующие за СССР США и Бразилия имеют гидроэнергетические запасы, примерно в 1,6 раза меньшие.

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И СПОСОБЫ ЕЕ ПЕРЕДАЧИ Причины появления интереса к нетрадиционным источникам энергии. За последние 10-15 лет существенно возрос интерес к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии, к числу которых в первую очередь относятся солнечная, ветровая, геотермальная энергия, энергия биомассы и энергия вод мирового океана.

Солнечные электростанции От "Солнца на Землю направляется тепловой поток, который можно оцепить астрономической цифрой 1,05 10 кВт-ч в год. Непосредственно до земной суши доходит примерно одна пятая его часть. Однако и эта энергия в 30 тыс. раз превышает современное производство электроэнергии во всем мире.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВЕТРА Ветер — движение воздуха относительно поверхности Земли — имеет, как и многое другое, солнечное происхождение. Как известно, в физике существует понятие абсолютно черного тела, т. е. такого тела, которое полностью поглощает падающее на него излучение. В действительности таких тел нет, это гипотетическое понятие. Гипотетическое, но весьма полезное. На самом деле реальные тела серые: они могут воспринимать только часть падающего на них излучения. Насколько большую, определяется степенью черноты, т. е. отношением способностей поглощения сопоставляемого серого и абсолютно черного тел. Следовательно, степень черноты реальных тел всегда меньше единицы.

ФАКТОРЫ, ОКАЗЫВАЮЩИЕ ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА, ЖИВОТНЫЙ И РАСТИТЕЛЬНЫЙ МИР