- •Федеральное агенство по образованию
- •Подготовлено к печати на кафедре
- •Подписано в печать 12.11.04 Сдано в производство 10.11.04
- •Часть 1 Проблемы современного производства
- •Раздел 1.1. Энергетические ресурсы и динамика их
- •Раздел 2.2. Необратимое преобразование химической энергии
- •Раздел 2.3. Энергосбережение в энергосиловых установках…………..63
- •Раздел 2.4. Преобразование химической в работу при
- •Раздел 2.5. Энергосбережение в системах производства
- •Часть 1 Проблемы современного производства
- •Раздел 1.1. Энергетические ресурсы и динамика их
- •1.1.1. Источники энергии, мера их измерения
- •1.1.2. Топливно-энергетический потенциал Земли
- •Доказанные извлекаемые запасы органических топлив
- •1.1.3. Производство и потребление топливно - энергетических
- •1.1.4. Структура топливно – энергетических ресурсов.
- •1.1.5. Динамика потребления энергетических ресурсов.
- •1.1.6. Возобновляемые источники энергии.
- •Отсутствие дешевых преобразователей, низкие плотности потоков и неравномерность освещения сильно сдерживают использование этого вида энергии.
- •1.1.7. Новые источники энергии.
- •Раздел 1.2. Энергетический анализ технологий производства энергетической продукции
- •1.2.1 Топливные циклы.
- •Годовая потребность q в органическом топливе в натуральном
- •Приведем результаты расчетов по формулам (2.1) и (2.2) в виде
- •Количество отпущенной тэц в сеть за год электроэнергии
- •Раздел 1.3. Энергетика и экология
- •1.3.1. Место энергетики в антропогенных загрязнениях
- •До 80% антропогенных загрязнений окружающей среды
- •Выбросы вредных веществ в атмосферу являются наиболее важным
- •Выбросы загрязняющих веществ от предприятий энергетики
- •Тэк обеспечивает около 70% ежегодного нарушения земель
- •1.3.2. Структура вредных выбросов и их влияние на
- •1.3.3. Экологические требования к объектам энергетики
- •Поэтому при строительстве каждого энергообъекта обязательно
- •Невыполнение любого из приведенных ограничений делает
- •Все, рассмотренные выше, факторы негативного воздействия тэк
- •Раздел 1.4. Энергетика и экономика
- •1.4.1. Математические модели экономики
- •Модель обладает рядом недостатков. Например, считается, что
- •1.4.2. Модель экономики, включающая энергетику
- •Роль научно-технического прогресса и
- •Часть 2. Термодинамические основы энергосбережения
- •Раздел 2.1. Основы теории преобразования тепловой
- •2.1.1. Теорема Карно.
- •Энтропия как физическая характеристика преобразования тепла в работу. Неравенство Клаузиуса.
- •2.1.5. Химический потенциал
- •2.1.6. Эксергия
- •Подставляя (2.1.31) в (2.1.30), получим что
- •Раздел 2.2. Горение топлив и преобразование выделяющейся
- •Современное производство энергетической продукции и
- •2.2.2. Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса.
- •Рассмотрим произвольную химическую реакцию
- •2.2.3. Тепловые эффекты образования веществ.
- •2.2.4. Изменение тепловых эффектов химических реакций
- •Тепловой эффект химической реакции
- •2.2.6. Преобразование энергии, выделяющейся при горении
- •2.2.6. Основные направления совершенствования
- •Раздел 2.3. Энергосбережение в энергосиловых установках
- •2.3.1. Регенерация тепла
- •Рассмотрим в качестве примера следующую задачу: как изменится
- •2.3.2. Изотермический подвод и отвод теплоты.
- •2.3.2. Бинарные циклы. Температуры горения органических топлив достаточно велики, и
- •2.3.3. Парогазовые установки.
- •При работе в базовом режиме используется пту, газотурбинная
- •Раздел 2.4. Преобразование химической в работу при
- •Константы равновесия химических реакций.
- •Максимальная работа при обратимых процессах.
- •2.4.3. Коэффициент использования топлива при
- •Идеальная машина для обратимого окисления
- •Раздел 2.5. Энергосбережение в системах производства
- •2.5.1. Обратимое преобразование работы в теплоту. Цикл
- •Обратимое преобразование теплоты.
- •Из рисунка видно, что при преобразовании тепла от источника с
- •Для холодильной машины
- •2.5.3. Тепловые насосы.
- •2.5.4. Энергосбережение при теплофикации
- •Количество отработанной теплоты, полезно использованной для
- •Сравнительный анализ теплофикации и тепловых
- •Р ис.2.5.7. Схемы двух исследуемых вариантов теплоснабжения
- •2.5.6. Основные направления энергосбережения при
- •Приложение 1. Зависимости средних теплоемкостей газов от температуры.
1.1.2. Топливно-энергетический потенциал Земли
Вероятные запасы химического топлива на Земле по разным оценкам составляют 12800 млр. тут, из которых на уголь приходится 11200 млр. тут, нефть и природный газ 1600 млр. тут. Мировые запасы урана оцениваются в 25 млн. тонн.
Потенциально извлекаемые запасы органического топлива меньше. Структура потенциально извлекаемых топливных ресурсов приведена в таблице 1.1.2. Под извлекаемыми геологическими ресурсами понимают ресурсы, которые могут быть извлечены из недр с использованием применяемых или создаваемых технологий.
Таблица 1.1.2
Извлекаемые геологические ресурсы органических топлив в мире
N |
Вид топлива |
Объемы, млр. тут |
% |
1 |
Каменный и бурый уголь |
4850 |
76 |
2 |
Традиционная нефть и газо-вый конденсат |
290 |
5 |
3 |
Нетрадиционная нефть: тяжелая нефть природный битум сланцевая нефть |
110 100 640 |
2 2 10 |
4 |
Природный газ |
310 |
5 |
|
Итого |
6310 |
100 |
Наиболее достоверны доказанные запасы, геологический и технический анализ которых установил, что они могут быть извлечены в будущем из известных отложений при экономических и технологических условиях, существующих в настоящее время. Распределение доказанных запасов органического топлива по регионам земного шара крайне неравномерно (см Таблицу 1.1.3).
Таблица 1.1.3
Доказанные извлекаемые запасы органических топлив
по регионам мира
Регион
|
Уголь |
Нефть и га-зовый конден-сат |
Природный газ |
||||||
|
млр. т |
% |
млр. т |
% |
трлн м3 |
% |
|||
Азия |
212,9 |
20,5 |
5,5 |
4,0 |
7,5 |
5,8 |
|||
Африка |
62,1 |
6,0 |
9,6 |
7,0 |
8,2 |
6,3 |
|||
Ближний Восток |
0,2 |
<0,1 |
89,7 |
65,3 |
37,6 |
29,2 |
|||
Западная Европа |
96,9 |
9,3 |
2,0 |
1,5 |
4,6 |
3,5 |
|||
Латинская Америка |
11,4 |
1,1 |
16,9 |
12,3 |
7,0 |
5,4 |
|||
Океания |
91,1 |
8,8 |
0,3 |
<1,0 |
1,0 |
0,8 |
|||
Северная Америка |
249,2 |
24,0 |
5,2 |
3,8 |
7,8 |
6,0 |
|||
Центральная и Вос-точная Европа, вклчая страны СНГ |
315,4 |
30,3 |
8,2 |
6,1 |
55,1 |
43,0 |
|||
Итого |
1039,2 |
100,0 |
137,4 |
100,0 |
128,8 |
100,0 |
|||
Если доказанные запасы угля в основном сосредоточены в Азии, Северной Америке и странах СНГ, то запасы нефти - на Ближнем Востоке, а запасы природного газа в России и на Ближнем Востоке.
Природный уран состоит в основном из двух изотопов: U235 и U238.При распаде 1 грамма урана 235 или плутония выделяется тепловая энергия, равная 2,8 тут. В 1 тонне природного урана содержится 7,11 кг изотопа U235 . При его распаде выделяется энергия, равная 20000 тут. При использовании урана в реакторах на тепловых нейтронах без повторного использования (рецикла) 1 тонна урана по тепловыделению эквивалентна 12000 - 25000 тут (больше 20000 тут из-за частичного сгорания плутония, который образуется в реакторе). Разброс связан с организацией процесса сжигания урана в ядерном реакторе. Вспоминая, что мировые запасы урана составляют 25 млн. тонн, видим, что по тепловой энергии они эквивалентны 300 - 600 млр. тут. Повторное использование отработанного в реакторе топлива и сжигание возникшего в нем плутония может увеличить эти цифры максимум в 2 раза. Иными словами, при современной технологии сжигания урана его ресурс составляет 600 - 1200 млр. тут, что сравнимо по потенциалу (см. таблицу 1.2) с мировыми запасами нефти. Следовательно, использование ядерной энергии на современном технологическом уроне может разве лишь оттянуть наступление энергетического кризиса, связанного с истощением природных запасов органического топлива.