Основы энергосбережения — курс лекций

Вероятно, это перспективный путь. Предпола-гается, что водород будет широко использоваться в авиации, вод-ном и наземном транспорте, промышленности, сельскохозяйст-венном производстве. Сжигание водорода не дает вредных вы-бросов, но он взрывоопасен.

Управляемая термоядерная реакция. Физики работают над освоением управляемой термоядерной реакции синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия. При таком соединении выделяется громадное количество энергии, гораздо больше, чем при делении ядер урана.

Доказано, что основная доля энергии Солнца и звезд выде-ляется именно при синтезе легких элементов. Если удастся осу-ществить управляемую реакцию синтеза, появится неограничен-ный источник энергии.

Ученые уверены, что в начале следующего тысячелетия по-лучение энергии за счет термоядерного синтеза превратится из чисто теоретической концепции в обыденную реальность.

Весьма перспективными являются энергетические установки, преобразующие одни виды энергии в другие нетрадиционными способами с высоким КПД.

Тепловую энергию в электрическую преобразует магнито-гидродинамический генератор (МГД), который относится к перспективным устройствам (рис. 2.5).

В настоящее время имеется практика эксплуатации магни-тогидродинамичекой (МГД) установки, КПД которой превышает 45%. Чтобы понять принцип действия МГД генераторов, следует вспомнить два положения физики:

? при высоких температурах (2500 – 3000о С) газы иони-зируются, образуется так называемая плазма;

? электрический ток – это направленное движение элек-тронов в металлах или ионов в жидкостях и газах.

Топливо

Рис. 2.5. Схема МГД-генератора.

1 — камера сгорания; 2 — МГД-канал; 3 — электроды;

4 — магнитная система

Следовательно, движение плазмы представляет собой элек-трический ток. Для разделения положительных и отрицательных ионов плазма должна пересекать магнитное поле, в котором по-ложительные ионы отклоняются в одну сторону, а отрицатель-

ные – в другую. Концентрация положительных и отрицательных ионов на металлических пластинах придает им положительный и отрицательный потенциал; пластины становятся источником электродвижущей силы (ЭДС). В МГД установках в качестве энергоносителя используется низкотемпературная плазма (около 2700о С), образующаяся при сгорании органического топлива – природного газа или твердого топлива.

Большой интерес уделяют непосредственному преобразова-нию химической энергии органического топлива в электрическую – созданию топливных элементов. Распространение получили низкотемпературные (t=150°С) топливные элементы с жидким электролитом (концентрированные растворы серной или фосфорной кислот и щелочей КОН). Топливом в элементах слу-жит водород, окислителем – кислород из воздуха.

Ведутся работы по созданию энергетических установок, ис-пользующих энергию гравитации, вакуума, низких температур окружающего воздуха для обогревания помещений по принципу теплового насоса («холодильник наоборот», морозильное отделе-ние которого помещено на улице).

ГРАФИКИ НАГРУЗКИ

Производство электрической и тепловой энергии на элек-тростанциях и их потребление различными пользователями — процессы взаимосвязанные. В силу физических закономерностей мощность потребления энергии в какой-либо момент времени должна быть равна генерируемой мощности. В этом заключается особенность энергетического производства. К сожалению, отсутствуют возможности складирования электрической и тепловой энергии. Практическое применение известных способов аккумулирования (накопления) различных видов энергии весьма затруднительно.

В то же время работа отдельных приемников электрической и тепловой энергии неравномерна и суммарное потребление энергии также неравномерно.

Потребителю требуется электроэнергии днем больше, чем ночью, в рабочий день недели больше, чем в субботу и воскресе-нье, зимой больше, чем летом. Режим потребления электрической или тепловой энергии потребителем: предприятием, районом, городом, страной — в течение определенного отрезка времени: суток, месяца, года — отражается с помощью графика нагрузки. Со-ответственно, различают суточный, месячный, годовой графики нагрузки.

График нагрузки – это зависимость потребляемой мощности от времени суток, месяца, года. Графики нагрузки существенно отличаются для воскресных и рабочих дней, для зимних и летних месяцев и т.п. Графики нагрузки отдельных потребителей и в це-лом энергосистемы имеют неравномерный характер.

Суточный график нагрузки района или города складывается из графиков нагрузки множества отдельных потребителей и от-ражает изменение во времени суммарной мощности всех потре-бителей района или города, имеет минимумы – провалы и макси-мумы – пики.